JPWO2021004626A5 - - Google Patents

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本発明は、連続波(continuous wave:CW)を用いた光検出と測距(light detection and ranging:LiDAR)によるセンサ(CWライダーセンサ)のセンサデータをシミュレートするための方法に関する。本発明は、さらに、CWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための装置に関する。 The present invention relates to a method for simulating sensor data of a continuous wave (CW) light detection and ranging (LiDAR) sensor (CW lidar sensor). The invention further relates to an apparatus for simulating sensor data of a CW lidar sensor.

ライダーは、レーザを基にしてターゲットまでの距離を測定するための技術であり、周囲の高解像度の三次元表現を得ることができる。また、ライダーシステムサービスアプリケーションは、自動運転支援システム(automatic driver assistance systems:ADAS)において、駐車支援、衝突警告、および自律走行アプリケーションに使用される、いわゆる環境モデルを提供する。ライダーシステムは、測地学、地震学、航空機レーザーマッピング(airborne laser swath mapping:ALSM)、およびレーザ高度計等の幅広い分野で広く利用されている。 Lidar is a laser-based technique for measuring the distance to a target, which can provide a high-resolution, three-dimensional representation of its surroundings. Lidar System Services applications also provide so-called environment models that are used in automatic driver assistance systems (ADAS) for parking assistance, collision warning and autonomous driving applications. Lidar systems are widely used in a wide variety of fields such as geodesy, seismology, airborne laser swath mapping (ALSM), and laser altimeters.

ライダーセンサには様々な種類が存在する。例えば、パルスライダーセンサは、短いレーザパルスを放射し、レーザパルスの放射からターゲットに反射してライダーセンサに帰還するまでの飛行時間を測定する。この測定された飛行時間を用いることで、反射ターゲットまでの距離を計算することができる。 There are various types of lidar sensors. For example, a pulsed lidar sensor emits a short laser pulse and measures the time of flight from the emission of the laser pulse to its reflection off the target and back to the lidar sensor. Using this measured time-of-flight, the distance to the reflective target can be calculated.

別のタイプのライダーセンサは、連続波(CW)信号を使用する。この場合、センサは光を連続的に放射する。そして、振幅変調連続波(amplitude modulated continuous wave:AMCW)で振幅を変調するか、あるいは、周波数変調連続波(frequency in frequency modulated continuous wave:FMCW)で周波数を変調するか、のいずれかによって光源を変調することができる。多くの応用では、その精度とロバスト性とから、パルスライダーセンサを用いる方法よりもCWを用いる方法の方が好ましいとされている。 Another type of lidar sensor uses continuous wave (CW) signals. In this case the sensor emits light continuously. and modulating the light source either in amplitude with an amplitude modulated continuous wave (AMCW) or in frequency with a frequency modulated continuous wave (FMCW). can be modulated. For many applications, the CW method is preferred over the pulse lidar sensor method due to its accuracy and robustness.

独国特許出願公開第10 2016 100416号明細書DE 10 2016 100416 A1 欧州特許出願公開第3260875号明細書EP-A-3260875 米国特許出願公開第2016/005209号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2016/005209

A. Kim et al., "Simulating full-waveform lidar", Proc. SPIE 7684, Laser Radar Technology and Applications XV, 2010A. Kim et al., "Simulating full-waveform lidar", Proc. SPIE 7684, Laser Radar Technology and Applications XV, 2010 A. Kim, "Simulating full-waveform LIDAR", Diss. Monterey, California. Naval Postgraduate School, 2009A. Kim, "Simulating full-waveform LIDAR", Diss. Monterey, California. Naval Postgraduate School, 2009

ライダーシステムによって得られるセンサデータには、多くの用途で、高い精度が求められる。そのため、ライダーアプリケーションの新規開発には、物理的なセンサを含むライダーセンサの大規模な試験が必要となることがある。したがって、このための製造コストを低減するために、開発中のライダーセンサの出力をできるだけ正確に再現することができるシミュレーションデータが求められる。また、ライダーシミュレーションデータは、信号処理アルゴリズムの開発、ニューラルネットワークの学習、仮想検証等を含む他の様々な分野でも必要とされる。 Sensor data obtained by lidar systems require high accuracy for many applications. As such, new development of lidar applications may require extensive testing of lidar sensors, including physical sensors. Therefore, in order to reduce manufacturing costs for this purpose, simulation data that can reproduce the output of the lidar sensor under development as accurately as possible is required. Lidar simulation data are also needed in a variety of other areas, including signal processing algorithm development, neural network training, virtual verification, and so on.

パルスライダーセンサをモデル化するライダーセンサデータの提供については、非特許文献1および2において論じられている。 Providing lidar sensor data that models pulsed lidar sensors is discussed in Non-Patent Documents 1 and 2.

また特許文献1は、仮想環境における仮想センサの試験を取り扱っている。これは、ライダーを含む様々なセンサタイプを含むことができる。 Also, US Pat. No. 6,200,000 deals with testing virtual sensors in a virtual environment. This can include various sensor types, including lidar.

特許文献2は、自動車試験方法について開示している。この方法は、レーダ励起信号に応答するレーダセンサデータを取得するステップを含む。 Patent Document 2 discloses a vehicle test method. The method includes acquiring radar sensor data responsive to radar excitation signals.

特許文献3は、照明設計に焦点を当てた、フォトリアリスティックなイメージングと画像の生成とを取り扱っている。 US Pat. No. 6,200,000 deals with photorealistic imaging and image generation, with a focus on lighting design.

ライダーセンサデータを提供する既知の方法に、単一のシミュレーション光線(レイ)を用いて理想的な点群をシミュレーションする手法がある。光線の伝搬は、レイ・トレーシング(光線追跡)法を用いて最も近い表面との交点まで計算され、その表面による鏡面反射のみが考慮される。したがって、1つの光線あたり1つの距離のみが計算される。さらに、複数の光線を含むビームを用いると、1つのビームごとに複数の点を提供することができる。このようなシミュレーションでは、出力として点データのみが提供され、結果として生じる信号に関する情報は生成されない。これに対し、実際のライダーセンサは、時間的に変化する電気信号を生成するため、この電気信号を処理してシミュレートされたシーン内に点を生成する必要がある。時間変化する信号は、オブジェクトの形状、オブジェクトのクラス、多重反射等を含む、シミュレートされたシーンに関する多くの付加的な情報を含む。このような情報は、点群のみが出力として提供されれば、必然的に失われてしまう。 A known method of providing lidar sensor data is to simulate an ideal point cloud using a single simulated ray. Ray propagation is calculated to the nearest surface intersection using ray tracing methods, and only specular reflections from that surface are considered. Therefore, only one distance is calculated per ray. In addition, beams containing multiple rays can be used to provide multiple points per beam. Such simulations provide only point data as output and do not produce information about the resulting signal. In contrast, real lidar sensors generate time-varying electrical signals that must be processed to generate points in the simulated scene. The time-varying signal contains a lot of additional information about the simulated scene, including object shape, object class, multiple reflections, and so on. Such information is inevitably lost if only the point cloud is provided as output.

さらに、時間変化する信号は、ビーム形状、ビーム間のオブジェクトの動き、信号に対する天候の影響等の、ライダーセンサおよび環境の物理的特性に起因する特徴を含む。これらの特徴は、ライダーデータにアーチファクトをもたらすため、センサおよびその出力に基づくアルゴリズムを開発する際には考慮する必要がある。したがって、開発中のライダーセンサをシミュレートするには点群では不十分となり、より現実的なデータが必要となる可能性がある。 In addition, the time-varying signal contains features resulting from the physical properties of the lidar sensor and the environment, such as beam shape, movement of objects between beams, and the effects of weather on the signal. These features introduce artifacts into lidar data and must be taken into account when developing algorithms based on sensors and their outputs. Therefore, point clouds may not be sufficient to simulate lidar sensors under development, and more realistic data may be needed.

したがって、本発明の目的は、現実的な連続波ライダーデータを提供するための方法および装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method and apparatus for providing realistic continuous wave lidar data.

本課題は、独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。 This problem is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are described in the dependent claims.

第1の態様によれば、本発明は、請求項1に記載の連続波(CW)光検出および測距(ライダー)センサのセンサデータをシミュレーション(モデル化)する方法を提供する。第2の態様によれば、本発明は、請求項10に記載のCWライダーセンサのセンサデータをシミュレーションするための装置を提供する。第3の態様によれば、本発明は、請求項14に記載のコンピュータプログラム製品を提供する。第4の態様によれば、本発明は、請求項15に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体を提供する。 According to a first aspect, the present invention provides a method of simulating (modeling) sensor data of a continuous wave (CW) light detection and ranging (LIDAR) sensor according to claim 1 . According to a second aspect, the invention provides a device for simulating sensor data of a CW lidar sensor as claimed in claim 10 . According to a third aspect, the invention provides a computer program product as claimed in claim 14. According to a fourth aspect, the invention provides a non-transitory computer-readable storage medium as claimed in claim 15.

第1の態様によれば、本発明は、連続波(CW)光検出および測距(ライダー)センサのセンサデータをシミュレートするための方法を提供し、ここで、CW信号に基づいて、少なくとも1つの光線を含む光線セットが生成される。光線セットにおけるそれぞれの光線は、放射開始時間と、放射持続期間と、を有する。光線セットにおけるそれぞれの光線について、光線は、少なくとも1つのオブジェクトを含むシミュレートされたシーンを通して伝播される。光線セットにおけるそれぞれの光線について、伝搬した光線の信号寄与(signal contribution)は、シミュレートされたシーン内の検出位置において計算される。出力信号は、CW信号と光線セット内の光線の計算された信号寄与とを混合(mixing;ミキシング、合成ともいう)することに基づいて生成される。この方法はさらに、出力信号を、記憶および/または出力することを提供する。 According to a first aspect, the present invention provides a method for simulating sensor data of a continuous wave (CW) light detection and ranging (LIDAR) sensor, wherein based on the CW signal, at least A ray set containing one ray is generated. Each ray in the ray set has an emission start time and an emission duration. For each ray in the ray set, the ray is propagated through a simulated scene containing at least one object. For each ray in the ray set, the signal contribution of the propagated ray is calculated at the detection location in the simulated scene. An output signal is generated based on mixing the CW signal with the calculated signal contributions of the rays in the ray set. The method further provides for storing and/or outputting the output signal.

第2の態様によれば、本発明は、CWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための装置を提供する。この装置は、処理部と、記憶部および出力部のうちの少なくとも1つと、を備える。処理部は、CW信号に基づいて、少なくとも1つの光線を含む光線セットを生成する。前記光線セットの光線はそれぞれ、放射開始時間と、放射持続期間と、を有する。処理部は、光線セットにおけるそれぞれの光線について、少なくとも1つのオブジェクトを含むシミュレートされたシーンを通して光線を伝搬させる。処理部は、光線セットにおけるそれぞれの光線について、シミュレートされたシーン内の検出位置において、伝搬された光線の信号寄与を計算する。処理部はさらに、CW信号と光線セット内の光線の計算された信号寄与とを混合することに基づいて、出力信号を生成する。記憶部は、前記出力信号を記憶するようになっており、出力部は、出力信号を出力するようになっている。 According to a second aspect, the invention provides an apparatus for simulating sensor data of a CW lidar sensor. The apparatus comprises a processing portion and at least one of a storage portion and an output portion. A processor generates a ray set including at least one ray based on the CW signal. Each ray of the ray set has an emission start time and an emission duration. A processor propagates the ray through a simulated scene containing at least one object for each ray in the ray set. The processing unit computes, for each ray in the ray set, the signal contribution of the propagated ray at the detected location in the simulated scene. The processor further produces an output signal based on mixing the CW signal with the calculated signal contribution of the rays in the ray set. The storage section stores the output signal, and the output section outputs the output signal.

第3の態様によれば、本発明は、コンピュータプログラム製品を提供する。このコンピュータプログラム製品は、コンピュータによって実行すると、連続波センサのセンサデータをシミュレートするための方法を実行する、ように構成された実行可能プログラムコードを含んでいる。 According to a third aspect, the invention provides a computer program product. The computer program product includes executable program code configured to perform a method for simulating sensor data of a continuous wave sensor when executed by a computer.

第4の態様によれば、本発明は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を提供する。この非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータによって実行すると、CWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための方法を実行する、ように構成された実行可能プログラムコードを含んでいる。 According to a fourth aspect, the invention provides a non-transitory computer-readable storage medium. The non-transitory computer-readable storage medium contains executable program code configured to perform a method for simulating sensor data of a CW lidar sensor when executed by a computer.

本発明は、CWライダーセンサの全波形信号に対応するシミュレーションデータを提供する。ここでは、シミュレートされたシーンの「完全な」点群タイプの表現のみを提供するのではなく、信号情報の全体が保持される。そのため、出力信号を含むセンサデータを提供することで、オブジェクトの形状およびオブジェクトのクラス、ならびにオブジェクトの向き等の、付加的な情報を決定することも可能となる。さらに、センサデータは、実際のライダーデータに存在するアーチファクトも含む。そのようなアーチファクトは、ライダービームの多重反射のように、ライダーセンサおよび環境の物理的特性に由来するものであって、点群タイプのデータには存在しない。そのため、このようなアーチファクトをも考慮に入れることによって、センサ開発を改善することができる。 The present invention provides simulated data corresponding to the full waveform signal of a CW lidar sensor. Here the entire signal information is preserved rather than providing only a “complete” point cloud type representation of the simulated scene. As such, providing sensor data, including output signals, also allows additional information to be determined, such as object shape and object class, as well as object orientation. Furthermore, sensor data also contains artifacts present in actual lidar data. Such artifacts, such as multiple reflections of the lidar beam, come from the physical properties of the lidar sensor and the environment and are not present in point cloud type data. Therefore, sensor development can be improved by also taking such artifacts into account.

本発明は、実際のCWライダーセンサがどのように動作するかを正確にシミュレートするため、実際のCWライダーセンサの出力を正確に再現する。また、提供される高品質なデータは、現実世界に対して完全かつ精確であり、信号処理アルゴリズムの開発、ニューラルネットワークが学習、仮想検証等に高い価値を発揮することもできる。 The present invention accurately reproduces the output of a real CW lidar sensor because it accurately simulates how a real CW lidar sensor works. In addition, the high-quality data provided is complete and accurate for the real world, and can also be of high value in the development of signal processing algorithms, neural network learning, virtual verification, and so on.

一実施形態に係る方法において、光線セットは、ただ1つの光線を含む。しかしながら、光線セットは一般に、複数の光線を含むことが好ましい。例えば、光線セットは、少なくとも2本、好ましくは少なくとも100本、より好ましくは少なくとも500本、最も好ましくは少なくとも1000本の光線を含むことができる。光線の上限数はまた制限されてもよい。例えば、光線セットは、多くとも100,000本、好ましくは多くとも10,000本、より好ましくは多くとも5000本、最も好ましくは多くとも2000本の光線を含むことができる。 In an embodiment method, the ray set contains only one ray. However, it is generally preferred that a ray set includes multiple rays. For example, a ray set can include at least 2, preferably at least 100, more preferably at least 500, and most preferably at least 1000 rays. The upper number of rays may also be restricted. For example, a ray set may include at most 100,000 rays, preferably at most 10,000 rays, more preferably at most 5000 rays, and most preferably at most 2000 rays.

好ましい実施形態に係る方法によれば、光線セットにおけるそれぞれの光線は、シミュレートされたシーンにおける空間的起点と、シミュレートされたシーンにおける放射方向と、を含む。したがって、光線は、空間および時間の両方においてサンプリングされる。空間におけるサンプリングは、空間的な起源と発光方向を決定することを含み、時間的なサンプリングは、CW信号の部分を光線に割り当てる(アサインする)ことを含む。放射方向は、シミュレートされたシーンにおける1つのベクトルに対応し、光線がどの方向に放射されるかを示すことができる。 According to the preferred embodiment method, each ray in the ray set includes a spatial origin in the simulated scene and a radial direction in the simulated scene. Rays are thus sampled in both space and time. Sampling in space involves determining the spatial origin and direction of emission, and sampling in time involves assigning portions of the CW signal to rays. A radiation direction corresponds to a vector in the simulated scene and can indicate in which direction the rays are emitted.

好ましい実施形態に係る方法によれば、光線を伝搬する工程は、光線の放射方向に基づいて、また、シミュレートされたシーン内のオブジェクト上での光線の反射に基づいて、さらに光線の空間的起点に基づいて、光線の光路を決定することを含む。さらに、検出位置までの光路に沿った光線のスループットが計算される。信号寄与の計算工程は、計算されたスループットに基づいて行われる。一実施形態によれば、単一の反射のみを考慮することができる。しかしながら、一般に、オブジェクトからの光線の多重反射も考慮することができる。反射の数は制限されていてもよく、すなわち、所定の閾値よりも少ない数の反射のみを考慮してもよい。 According to the method of the preferred embodiment, the step of propagating the ray is based on the direction of radiation of the ray, based on the reflection of the ray on objects in the simulated scene, and further on the spatial distribution of the ray. Including determining the optical path of the ray based on the origin. In addition, the throughput of rays along the optical path to the detection location is calculated. A signal contribution calculation step is performed based on the calculated throughput. According to one embodiment, only single reflections can be considered. However, in general, multiple reflections of rays from objects can also be considered. The number of reflections may be limited, ie only reflections below a predetermined threshold may be considered.

好ましい実施形態に係る方法によれば、光線セット内のそれぞれの光線について、CW信号を光線の計算された信号寄与との混合は、信号寄与とCW信号との間の信号オフセットに基づいて行われる。信号オフセットは、光線の放射開始時間と光線の光路とに基づいて決定される。 According to the preferred embodiment method, for each ray in the ray set, the mixing of the CW signal with the ray's calculated signal contribution is based on the signal offset between the signal contribution and the CW signal. . A signal offset is determined based on the radiation start time of the beam and the optical path of the beam.

好ましい実施形態に係る方法によれば、放射方向は、それぞれの光線に対してランダムに選択される。また、光線の発光方向は、均一に選択されてもよい。一般に、放射方向は、ライダーセンサによって放射されるレーザビームの有限の範囲を考慮するように選択される。一般に、レーザビームは、ウエストw_0を有するガウシアンビームによって記述され得る。しかしながら、レーザビームはまた、任意の形状を有し得る。この場合、ビーム全体の放射方向は、ある立体角で記述することができる。さらに、ライダーセンサの放射方向は調整可能であってもよい。例えば、ライダーセンサは、放射されたレーザを偏向させ、それによって、ある空間領域を走査するように適合されたマイクロミラーを備えることができる。 According to the method of the preferred embodiment, the radiation direction is randomly chosen for each ray. Also, the direction of light emission may be uniformly selected. In general, the direction of emission is chosen to allow for the finite extent of the laser beam emitted by the lidar sensor. In general, a laser beam can be described by a Gaussian beam with waist w_0. However, the laser beam can also have any shape. In this case, the radial direction of the entire beam can be described by a solid angle. Additionally, the radiation direction of the lidar sensor may be adjustable. For example, a lidar sensor may comprise micromirrors adapted to deflect an emitted laser, thereby scanning a region of space.

好ましい実施形態に係る方法によれば、光線セットは、複数の光線を含む。光線の放射開始時間はランダムに選択される。発光時間は、均一に選択されてもよい。一般に、光線の放出時間は、正確な出力信号を生成するために、時間内のすべての点が十分にサンプリングされるように選択される。異なる光線の寄与は、重要度サンプリング方法に従って重み付けされてもよい。例えば、光線の信号寄与は、異なる重みで重み付けされてもよい。 According to the method of the preferred embodiment, the ray set comprises a plurality of rays. The radiation start time of the light beam is randomly selected. The light emission time may be chosen uniformly. In general, the ray emission time is chosen such that all points in time are sufficiently sampled to produce an accurate output signal. The contributions of different rays may be weighted according to an importance sampling method. For example, the signal contributions of rays may be weighted with different weights.

本方法の好ましい実施形態によれば、CW信号は、周波数変調連続波(FMCW)信号である。また、CW信号は、振幅変調連続波(AMCW)信号であってもよい。 According to a preferred embodiment of the method, the CW signal is a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal. The CW signal may also be an amplitude modulated continuous wave (AMCW) signal.

本方法の好ましい実施形態によれば、光線セットを生成することは、各光線について、CW信号の部分を光線に割り当てることを含む。光線は、放射開始時間で始まり、放射持続期間に等しい長さを有する無限時間CW信号の部分に対応する。言い換えれば、CW信号は無限時間信号、すなわちレーザが連続的に放射するものであり、各光線はある時間間隔でCW信号のセクションに相当する。光線の振幅の時間依存性は、CW信号の対応するセクションの時間依存性に等しい。 According to a preferred embodiment of the method, generating the ray set includes, for each ray, assigning a portion of the CW signal to the ray. A ray corresponds to a portion of the infinite-time CW signal that begins at the emission start time and has a length equal to the emission duration. In other words, the CW signal is an infinite time signal, ie the laser emits continuously, each beam corresponding to a section of the CW signal at some time interval. The time dependence of the beam amplitude is equal to the time dependence of the corresponding section of the CW signal.

本方法の好ましい実施形態によれば、出力信号を生成することは、光線セット内の各光線に対して、CW信号を光線の計算された信号寄与と混合することによって得られる混合信号寄与を計算することを含む。さらに、出力信号は、光線セット内のすべての光線の混合信号寄与を加算することによって生成される。したがって、出力信号は、全ての信号寄与をCW信号とミキシングした後に生成される。 According to a preferred embodiment of the method, generating the output signal comprises, for each ray in the ray set, calculating a mixed signal contribution obtained by mixing the CW signal with the ray's calculated signal contribution . including doing Additionally, the output signal is generated by summing the mixed signal contributions of all rays in the ray set. Therefore, the output signal is produced after mixing all signal contributions with the CW signal.

装置の好ましい実施形態によれば、光線セットは、複数の光線を含み、処理部は、光線の放射開始時間をランダムまたは均一な方法で決定するようになっている。 According to a preferred embodiment of the device, the ray set comprises a plurality of rays and the processing unit is adapted to determine the emission start times of the rays in a random or uniform manner.

本装置の好ましい実施形態によれば、処理部は、CW信号の部分を光線に割り当てることによって光線セットを生成するようになっている。光線に割り当てられたCW信号の部分は、放射開始時間で始まり、放射持続期間にわたって延びる。 According to a preferred embodiment of the device, the processing unit is adapted to generate the ray set by assigning parts of the CW signal to the rays. The portion of the CW signal assigned to the beam begins at the emission start time and extends over the emission duration.

本装置の好ましい実施形態によれば、処理部は、光線セット内の各光線に対して、CW信号と光線の計算された信号寄与とを混合することによる混合信号寄与と、光線セット内の全ての光線の混合信号寄与を加算することによって出力信号を生成することにより、出力信号を生成するように構成される。 According to a preferred embodiment of the apparatus, the processing unit provides, for each ray in the ray set, a mixed signal contribution by mixing the CW signal with the calculated signal contribution of the ray and all is configured to generate the output signal by adding the mixed signal contributions of the rays of the .

コンピュータデバイスに加え、システムの一部または全ての構成要素は、ハードウェアコンポーネントおよびソフトウェアコンポーネントを含むことができる。ハードウェアコンポーネントは、マイクロ制御器、中央演算装置(CPU)、グラフィックス処理部(GPU)、メモリ、および記憶装置のうちの少なくとも1つを含むことができる。 In addition to computing devices, some or all components of a system can include hardware and software components. The hardware components may include at least one of a microcontroller, central processing unit (CPU), graphics processing unit (GPU), memory, and storage.

添付の図面に示される例示的な実施形態を参照して、本発明をより詳細に説明する。 The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the accompanying drawings.

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれるとともに、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の実施形態を示し、発明の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するものである。 The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention, and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

本発明の他の実施形態および本発明の意図される利点の多くは、以下の詳細な説明を参照することによって理解が深められるにつれ、容易に高く評価されるようになるであろう。方法における工程は、参照を容易にするために番号が付されているが、当該番号付けは、明示的または暗示的に別段の記載がない限り、必ずしもその順序で実行される工程を意味するものではないと理解すべきである。特に、工程は、それらの番号付けによって示される順とは異なる順で実行されてもよい。いくつかの工程は、同時に、または重複して実行されてもよい。 Other embodiments of the present invention and many of the intended advantages of the present invention will be readily appreciated as it becomes better understood by reference to the following detailed description. The steps in the method are numbered for ease of reference, but such numbering does not necessarily imply the steps performed in that order unless expressly or implicitly stated otherwise. It should be understood that it is not. In particular, steps may be performed in a different order than indicated by their numbering. Some steps may be performed concurrently or with overlap.

図1は、本発明の一実施形態に係るCWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための装置を示すブロック図を概略的に示す。FIG. 1 schematically shows a block diagram illustrating an apparatus for simulating sensor data of a CW lidar sensor according to one embodiment of the invention. 図2は、動作中のライダーセンサの様子を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows the state of the lidar sensor in operation. 図3は、光線に割り当てられたセクションを有するCW信号を模式的に示す。FIG. 3 schematically shows a CW signal with sections assigned to rays. 図4は、光線が送信機から受信機へ伝搬する様子を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows how light rays propagate from a transmitter to a receiver. 図5は、光線が受信機から送信機へ伝搬する様子を模式的に示す。FIG. 5 schematically shows how light rays propagate from the receiver to the transmitter. 図6は、CW信号を光線の信号寄与との混合に基づく出力信号の生成を概略的に示す。FIG. 6 schematically illustrates the generation of the output signal based on mixing the CW signal with the signal contribution of the beam. 図7は、本発明の一実施形態に係るCWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための方法のフロー図を示す。FIG. 7 shows a flow diagram of a method for simulating sensor data of a CW lidar sensor according to one embodiment of the invention. 図8は、本発明の一実施形態に係るコンピュータプログラム製品を示すブロック図を概略的に示す。FIG. 8 schematically depicts a block diagram illustrating a computer program product according to one embodiment of the invention. 図9は、本発明の一実施形態に係る非一時的コンピュータ可読記憶媒体を示すブロック図を概略的に示す。FIG. 9 schematically illustrates a block diagram illustrating a non-transitory computer-readable storage medium according to one embodiment of the invention.

図1は、CWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための装置1を概略的に示す。装置1の複数の構成要素をより詳細に説明する前に、図2を参照して、CWライダーセンサの動作原理を説明する。 FIG. 1 schematically shows an apparatus 1 for simulating sensor data of a CW lidar sensor. Before describing the components of device 1 in more detail, the principle of operation of a CW lidar sensor will be described with reference to FIG.

図2に示すように、ライダーセンサのレーザは、連続波(CW)信号101を生成する。レーザは、振幅が時間の関数として変化するように制御される。この場合、ライダーシステムは、振幅変調連続波(AMCW)法用に準備される。以下の図示された信号は振幅が変動しているが、しかしながら、ライダーシステムは、周波数変調連続波(FMCW)法での使用に適合させることもできる。この場合、CW信号の周波数は、時間の関数として変化する。ライダーシステムの送信機Txは、CW信号を放射する。CW信号は、シーン102内の1つまたは複数のオブジェクトによって反射され、少なくとも部分的に、ライダーシステムの受信機Rxによって受信される。受信信号は、ライダーシステムの混合部103によって、元のCW信号と混合される。このようにして得られた信号は、出力信号104として放射される。 As shown in FIG. 2, the lidar sensor's laser produces a continuous wave (CW) signal 101 . The laser is controlled such that the amplitude varies as a function of time. In this case, the lidar system is prepared for the amplitude modulated continuous wave (AMCW) method. The signals shown below are of varying amplitude, however, the LIDAR system can also be adapted for use with frequency modulated continuous wave (FMCW) methods. In this case, the frequency of the CW signal changes as a function of time. The transmitter Tx of the lidar system emits a CW signal. The CW signal is reflected by one or more objects in the scene 102 and is at least partially received by the lidar system's receiver Rx. The received signal is mixed with the original CW signal by the mixing section 103 of the lidar system. The signal thus obtained is radiated as output signal 104 .

以下では、CWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための装置1の構成要素について、より詳細に説明する。 In the following, the components of the device 1 for simulating sensor data of a CW lidar sensor are described in more detail.

装置1は、外部装置からデータを受信し、外部装置にデータを送信するように適合されたインターフェース4を備える。したがって、インターフェース4は入力部と出力部との両方として配置することができ、他のシステム(例えば、WLAN、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、Profibus、ETHERNET等)またはユーザ(ディスプレイ、プリンタ、スピーカ等)に情報を通信することができる任意の種類のポートまたはリンクまたはインターフェースとすることができる。 Device 1 comprises an interface 4 adapted to receive data from and transmit data to external devices. Therefore, the interface 4 can be arranged as both an input and an output and can be used by other systems (e.g. WLAN, Bluetooth®, ZigBee®, Profibus, ETHERNET, etc.) or users (displays, It can be any kind of port or link or interface capable of communicating information to a printer, speaker, etc.).

装置1はさらに、インターフェース4から受信したデータを処理するように構成された処理部2を有する。処理部2は、マイクロコントローラ(μC)、集積回路(IC)、特定用途向け集積回路(ASIC)、特定用途向け標準製品(ASSP)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)等のような、中央処理装置(CPU)またはグラフィックス処理部(GPU)とすることができる。 The device 1 further comprises a processing unit 2 arranged to process data received from the interface 4 . The processing unit 2 includes a microcontroller (μC), an integrated circuit (IC), an application specific integrated circuit (ASIC), an application specific standard product (ASSP), a digital signal processor (DSP), a field programmable gate array ( It can be a central processing unit (CPU) or a graphics processing unit (GPU), such as an FPGA).

処理部2は、インターフェース4と通信している光線セット生成部21と、光線セット生成部21と通信している光線伝搬部22と、光線伝搬部22と通信している信号寄与算出部23と、信号寄与算出部23と通信している出力信号生成部24と、を備えている。これらのモジュール21~24は、処理部2の一部であってもよいし、処理部2上に実装されていてもよいし、処理部2と通信可能に接続された別個のユニット上に実装されていてもよい。 The processing unit 2 includes a ray set generation unit 21 in communication with the interface 4, a ray propagation unit 22 in communication with the ray set generation unit 21, and a signal contribution calculation unit 23 in communication with the ray propagation unit 22. , and an output signal generator 24 in communication with the signal contribution calculator 23 . These modules 21 to 24 may be part of the processing unit 2, may be mounted on the processing unit 2, or may be mounted on separate units communicably connected to the processing unit 2. may have been

装置1はさらに、信号生成部24と通信している記憶部3を備える。記憶部3は、例えば、磁気コアメモリ、磁気テープ、磁気カード、ハードディスクドライブ、フロッピー(登録商標)ディスク、またはリムーバブル記憶装置等の磁気記憶装置またはメモリ、のようなデータ記憶装置とすることができ、または、それらを備えることができる。記憶部3はまた、例えば、ホログラフィックメモリ,光テープ,レーザディスク,フェーズライタ,フェーズライタデュアル(PD),コンパクトディスク(CD),デジタルビデオディスク(DVD),高精細DVD(HD DVD),ブルーレイディスク(BD),またはウルトラデンシティオプティカル(UDO)等の光記憶装置またはメモリであってもよく、またはこれらを備えていてもよい。記憶部3はさらに、例えば、ミニディスクまたは光磁気ディスク(MO-Disk)等の光磁気記憶装置またはメモリ、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM),ダイナミックRAM(DRAM),またはスタティックRAM(SRAM)等の揮発性半導体またはソリッドステートメモリ、例えば、読出し専用メモリ(ROM),プログラマブルROM(PROM),イレーサブルPROM(EPROM),エレクトリカルEPROM(EEPROM),フラッシュEEPROMや、例えば、USBスティック、強誘電RAM(FRAM(登録商標))、磁気抵抗RAM(MRAM)、または相変化RAM等の不揮発性半導体/ソリッドステートメモリ、またはデータキャリア/媒体であってもよい。 The device 1 further comprises a storage unit 3 in communication with the signal generator 24 . The storage unit 3 can be a data storage device such as a magnetic core memory, a magnetic tape, a magnetic card, a hard disk drive, a floppy disk, or a magnetic storage device or memory such as a removable storage device. , or may comprise them. The storage unit 3 also stores, for example, holographic memory, optical tape, laser disc, phase writer, phase writer dual (PD), compact disc (CD), digital video disc (DVD), high definition DVD (HD DVD), Blu-ray It may be or comprise an optical storage device or memory such as a disc (BD) or Ultra Density Optical (UDO). The storage unit 3 further includes a magneto-optical storage device or memory such as a minidisk or a magneto-optical disk (MO-Disk), such as a random access memory (RAM), a dynamic RAM (DRAM), or a static RAM (SRAM). volatile semiconductor or solid-state memories, such as read-only memory (ROM), programmable ROM (PROM), erasable PROM (EPROM), electrical EPROM (EEPROM), flash EEPROM and, for example, USB sticks, ferroelectric RAM (FRAM (registered trademark)), magnetoresistive RAM (MRAM), or phase change RAM, or a data carrier/medium.

装置1は、インターフェース4を介して、例えば、時間依存CW信号の波形、またはCW信号を記述する他のパラメータ、例えば、CW信号の位相または振幅に関連するパラメータのような、ある入力パラメータを受信することができる。入力パラメータは、さらに、光線生成部21によって発生される光線の最大数または最小数を含むことができる。さらに、装置1は、シミュレートされたシーン内のオブジェクトの数、向き、およびプロパティなど、シミュレートされたシーンに関する情報を受信することができる。シミュレートされたシーンは、シミュレートされるライダーセンサの人工的な環境に対応する。ライダーセンサによって放射されたレーザビームは、シミュレートされたシーンに配置されたオブジェクトによって反射される。 The device 1 receives certain input parameters via an interface 4, for example the waveform of the time-dependent CW signal, or other parameters describing the CW signal, for example parameters related to the phase or amplitude of the CW signal. can do. The input parameters can also include the maximum or minimum number of rays generated by the ray generator 21 . Furthermore, the device 1 can receive information about the simulated scene, such as the number, orientation and properties of objects in the simulated scene. The simulated scene corresponds to the artificial environment of the simulated lidar sensor. A laser beam emitted by a lidar sensor is reflected by objects placed in the simulated scene.

光線生成部21は、少なくとも1つ、好ましくは複数の光線を含む光線セットを生成するようになっている。 The ray generator 21 is adapted to generate a ray set containing at least one, preferably a plurality of rays.

以下では、複数の光線が生成される状況をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、原則として、1つの光線のみを含む光線セットにも適用可能である。 In the following, the situation in which multiple rays are generated will be described in more detail. However, the invention is in principle also applicable to ray sets containing only one ray.

光線生成部21は、光線セットにおけるそれぞれの光線について、放射開始時間、放射持続期間、シミュレートされたシーンにおける空間的起点、および放射方向を規定する。全ての光線は、同じ空間的起点から省略することができる。しかしながら、空間的起点は、異なる光線に対して異なっていてもよい。放射開始時間は、ランダムに選択されてもよい。したがって、光線生成部21は、(擬似)乱数生成器を備えることができる。しかしながら、光線生成部21は、決定論的に、あるいは予め定義された分布にしたがって、放射開始時間を選択することもできる。 The ray generator 21 defines for each ray in the ray set the emission start time, the emission duration, the spatial origin in the simulated scene, and the emission direction. All rays can be omitted from the same spatial origin. However, the spatial origin may be different for different rays. The emission start time may be randomly selected. Therefore, the ray generator 21 can comprise a (pseudo-)random number generator. However, the ray generator 21 can also select the emission start times deterministically or according to a predefined distribution.

光線生成部21は、それぞれの光線にCW信号のある一定の区間を割り当る。その区間は、放射開始時間に開始し、放射持続期間にわたる。 The light beam generator 21 assigns a given section of the CW signal to each light beam. The interval begins at the emission start time and spans the emission duration.

次に、光線伝搬部22は、シミュレートされたシーンを通して光線セットにおける全ての光線を伝搬させる。光線伝搬部22は、当該技術分野で知られているレイ・トレーシング法を使用することができるようになっている。レイ・トレーシングは、コンピュータグラフィックスで知られる仮想シーン内の幾何学的形状をサンプリングする方法である。コンピュータグラフィックスにおいて、レイ・トレーシングは、カメラから光線を放ち、瞬時にセンサ画素上に光を蓄積することによって、すなわち、有限の伝搬時間を考慮に入れずに、画像を作成するために使用される。これに対し、本発明に係る光線追跡は、有限の伝搬時間も考慮している。 A ray propagator 22 then propagates all rays in the ray set through the simulated scene. The ray propagating portion 22 is adapted to use ray tracing methods known in the art. Ray tracing is a method of sampling geometry in a virtual scene known in computer graphics. In computer graphics, ray tracing is used to create images by shooting light rays from a camera and accumulating light on sensor pixels instantaneously, i.e. without taking into account the finite propagation time. be done. In contrast, ray tracing according to the present invention also takes into account finite propagation times.

それぞれの光線は、現在の光線、すなわち、元の放射光線または既に散乱された光線と、シミュレートされたシーン内の最も近いオブジェクトと、の交点を計算することによってシミュレートされたシーンを通して伝播され、そして、適切な物理モデルを使用して、オブジェクトの特性に基づいて反射のパラメータを計算する。光線伝搬部22は、それぞれの光線に対する(おそらく複数の)反射を決定することによって、シミュレートされたシーンにおけるそれぞれの光線の光路を計算する。光線の反射は、検出位置においてエネルギーの一部のみが受け取られる、という付加的な効果を有し得る。したがって、光線伝搬部22は、光路そのものに加え、光路に沿った検出位置までの光線のスループットをも計算する。 Each ray is propagated through the simulated scene by computing the intersection of the current ray, i.e. the original emitted ray or an already scattered ray, and the nearest object in the simulated scene. , and then use a suitable physical model to compute the parameters of the reflection based on the properties of the object. Ray Propagator 22 calculates the path of each ray in the simulated scene by determining the (possibly multiple) reflections for each ray. Reflection of rays can have the additional effect that only a portion of the energy is received at the detection location. Therefore, the ray propagator 22 calculates the throughput of the ray to the detection position along the optical path in addition to the optical path itself.

信号寄与算出部23は、シミュレートされたシーン内の検出位置における、光線セットの各伝搬光線の信号寄与を算出するようになっている。信号寄与算出部23は、光線の空間的起点から検出位置までの光線の光路の全長を算出する。信号寄与部23はさらに、それぞれの光線について、変換係数としての光速cに基づき、対応する光路の全長から、移動時間、すなわち伝播時間または飛行時間、を計算する。 The signal contribution calculator 23 is adapted to calculate the signal contribution of each propagating ray of the ray set at the detected position in the simulated scene. The signal contribution calculator 23 calculates the total length of the optical path of the ray from the spatial starting point of the ray to the detection position. The signal contributor 23 further calculates, for each ray, the travel time, ie the propagation time or flight time, from the total length of the corresponding optical path, based on the speed of light c as a conversion factor.

信号寄与算出部23は、光線に割り当てられたCW信号の部分に基づいて、それぞれの光線の信号寄与を算出する。ここで、光線に割り当てられたCW信号の部分は、元のCW信号に対して、光線に対応する光路の算出された移動時間に応じて位相シフトされる。位相シフトは、信号寄与とCW信号との間に信号オフセットをもたらす。さらに、光線の信号寄与の振幅は、計算されたスループットにしたがって調整され得る。 A signal contribution calculator 23 calculates the signal contribution of each ray based on the portion of the CW signal assigned to the ray. Here, the portion of the CW signal assigned to the ray is phase-shifted with respect to the original CW signal according to the calculated travel time of the optical path corresponding to the ray. A phase shift introduces a signal offset between the signal contribution and the CW signal. Additionally, the amplitude of the signal contribution of the beam can be adjusted according to the calculated throughput.

出力信号生成部24は、光線セットにおけるそれぞれの光線について、元のCW信号を光線の算出された信号寄与と混合することにより、混合信号寄与を算出する。出力信号生成部24は、さらに、光線セットにおける全ての光線の混合信号寄与を加算することによって、出力信号を生成する。 The output signal generator 24 computes the mixed signal contribution for each ray in the ray set by blending the original CW signal with the ray's computed signal contribution . The output signal generator 24 also generates the output signal by summing the mixed signal contributions of all rays in the ray set.

出力信号生成部24は、インターフェース4を介してユーザに出力信号を提供するように構成することができる。付加的に、または代替的に、出力信号は、記憶部3に記憶するようにしてもよい。 Output signal generator 24 may be configured to provide an output signal to a user via interface 4 . Additionally or alternatively, the output signal may be stored in the storage unit 3 .

CWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための装置1のいくつかの態様について、図3から図6を参照してより詳細に説明する。 Some aspects of the apparatus 1 for simulating sensor data of a CW lidar sensor are described in more detail with reference to FIGS. 3-6.

図3は、例示的なCW信号5を示しており、CW信号5は、光線セットを生成するために、また、CW信号5を光線の計算された信号寄与と混合することによって、出力信号を生成するために、使用される。図3に示すように、CW信号の振幅は変調されており、すなわち、CW信号5は振幅変調連続波(AMCW)信号である。異なる実施形態によると、CW信号5はまた、周波数変調されていてもよく、すなわち、周波数変調連続波(FMCW)信号であってもよい。 FIG. 3 shows an exemplary CW signal 5, which converts the output signal to produce a set of rays and by mixing the CW signal 5 with the calculated signal contributions of the rays. used to generate. As shown in FIG. 3, the CW signal is amplitude modulated, ie the CW signal 5 is an amplitude modulated continuous wave (AMCW) signal. According to different embodiments, the CW signal 5 may also be frequency modulated, ie a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal.

光線セットにおいて例示された光線について、放射開始時間t_0が設定され、例えば、所定の初期時間0nsに対して測定される46nsとされる。また、放射開始時間t_0から始まり、放射終了時間t_1で終了する、放射持続期間Tが設定される。CW信号5のうち放射開始時間t_0と放射終了時間t_1との間の対応するセクションまたは部分が、光線に割り当てられる。 For the rays illustrated in the ray set, the emission start time t_0 is set, for example 46 ns, measured against a predetermined initial time of 0 ns. A radiation duration T is also set, starting at the radiation start time t_0 and ending at the radiation end time t_1. The corresponding section or part of the CW signal 5 between the radiation start time t_0 and the radiation end time t_1 is assigned to the ray.

図4に示すように、光線は、シミュレートされたシーン6内でシミュレートされたライダーセンサの送信機Txから出発し、シミュレートされたシーンを通して伝搬することができる。このとき送信機Txは、シミュレートされたシーン6における光線の空間的起点に配置されている。光線は、第1のオブジェクト61から反射され、さらに第2のオブジェクト62から反射されて、シミュレートされたライダーセンサの受信機Rxに対応する検出位置に到達する。 As shown in FIG. 4, a ray can start from the simulated lidar sensor transmitter Tx in the simulated scene 6 and propagate through the simulated scene. The transmitter Tx is then placed at the spatial origin of the ray in the simulated scene 6 . A ray is reflected from the first object 61 and then from the second object 62 to reach the detection position corresponding to the receiver Rx of the simulated lidar sensor.

また、図5に示すように、光線の伝搬は、逆方向に行われることもある。すなわち、光線は、シミュレートされたライダーセンサの受信機Rxの位置に配置された光線の空間的起点から、最初に第2のオブジェクト62から反射され、次いで第1のオブジェクト61から反射され、光線がシミュレートされたシーンにおけるシミュレートされたライダーセンサの送信機Txの位置に対応する検出位置に到達するまで、トレースすることができる。 Ray propagation may also occur in the opposite direction, as shown in FIG. That is, the ray is first reflected from the second object 62 and then from the first object 61, from the spatial origin of the ray located at the position of the receiver Rx of the simulated lidar sensor, and the ray can be traced until it reaches a detection position corresponding to the position of the transmitter Tx of the simulated lidar sensor in the simulated scene.

図6を参照すると、光線セット生成部21は、図3を参照してより詳細に上記で説明したように、CW信号5の一部分を光線に割り当てる。そして光線伝搬部22がシミュレートされたシーンを通して光線を伝搬させた後、信号寄与算出部23が、光線の対応する信号寄与71を計算する。出力信号生成部24は、光線の信号寄与71と、光線が検出位置において受信された時間t_2において開始するCW信号の部分51と、を混合する混合部72を備えている。時間t_2は、光線の放射開始時間と光線の移動時間との和に相当する。そしてCW信号5の部分51は、一般に、光線の移動時間に対応する位相シフトの分だけ、光線に割り当てられたCW信号の部分(放射開始時間において開始する)と異なっている。さらに、光線の実際の信号寄与は、光路に沿った光線のスループットによっても影響を受ける可能性がある。 Referring to FIG. 6, the ray set generator 21 assigns portions of the CW signal 5 to rays as described in more detail above with reference to FIG. And after the ray propagator 22 propagates the ray through the simulated scene, the signal contribution calculator 23 calculates the corresponding signal contribution 71 of the ray. The output signal generator 24 comprises a mixer 72 that mixes the signal contribution 71 of the ray and the portion 51 of the CW signal starting at time t_2 when the ray was received at the detection location. The time t_2 corresponds to the sum of the light emission start time and the light travel time. The portion 51 of the CW signal 5 then generally differs from the portion of the CW signal assigned to the beam (starting at the emission start time) by a phase shift corresponding to the travel time of the beam. Additionally, the actual signal contribution of a ray can also be affected by the throughput of the ray along the optical path.

出力信号生成部24は、CW信号を光線の計算された信号寄与と混合することにより、混合信号寄与73を生成する。出力信号生成部24は、光線セット内の複数の光線について、光線セット内の全ての光線の混合信号寄与73を加算して出力信号を生成することとなる。 Output signal generator 24 generates mixed signal contribution 73 by mixing the CW signal with the calculated signal contribution of the rays. The output signal generator 24 will generate an output signal by adding the mixed signal contributions 73 of all the rays in the ray set for the plurality of rays in the ray set.

図7は、CWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための方法のフロー図を示す。 FIG. 7 shows a flow diagram of a method for simulating sensor data for a CW lidar sensor.

第1の方法ステップS1において、少なくとも1つの光線を、好ましくは複数の光線を含む光線セットが生成される。光線セット内の光線の数は固定されていてもよい。光線セット内の光線の数は、ランダムに選択されてもよい。光線セット内の光線の数は、予め定められた最小数よりも大きくなるように選択することができる。例えば、光線セットは、少なくとも2、好ましくは少なくとも100、より好ましくは少なくとも500、最も好ましくは少なくとも1000の光線を含むことができる。また、光線セット内の光線の数は、予め定められた最大数よりも小さくなるように選択される。例えば、光線セットは、多くとも100,000、好ましくは多くとも10,000、より好ましくは多くとも5000、最も好ましくは多くとも2000の光線を含むことができる。 In a first method step S1 a ray set is generated comprising at least one ray, preferably a plurality of rays. The number of rays in a ray set may be fixed. The number of rays in the ray set may be randomly selected. The number of rays in the ray set can be selected to be greater than a predetermined minimum number. For example, a ray set can include at least 2, preferably at least 100, more preferably at least 500, and most preferably at least 1000 rays. Also, the number of rays in the ray set is selected to be less than a predetermined maximum number. For example, a ray set may include at most 100,000, preferably at most 10,000, more preferably at most 5000, and most preferably at most 2000 rays.

それぞれの光線について、放射開始時間は、例えば0nsのような、ある所定の時間起点に対して決定される。さらに、光線の放射持続期間が決定される。放射持続期間は、全ての光線に対して等しくてもよいが、異なる光線に対して変化してもよい。光線の放射持続期間は、所定の分布に従うこともできる。また、それぞれの光線について、シミュレートされたシーンにおける空間的起点が決定される。空間的起点(光線の放出点に対応する)は、光線セットにおけるすべての光線に対して同一にすることができる。しかしながら、異なる光線は、異なる空間的起点を含むこともできる。また、それぞれの光線の発光方向が決定される。 For each ray, the emission start time is determined relative to some predetermined time origin, such as 0 ns. Furthermore, the emission duration of the rays is determined. The emission duration may be the same for all rays, but may vary for different rays. The radiation duration of the rays can also follow a predetermined distribution. A spatial origin in the simulated scene is also determined for each ray. The spatial origin (corresponding to the point of emission of the ray) can be the same for all rays in the ray set. However, different rays may also contain different spatial origins. Also, the emission direction of each light beam is determined.

放射方向および/または放射開始時間および/または放射持続期間は、ランダムに選択されてもよく、あるいは、一様に選択またはサンプリングされてもよい。放射開始時間は、正確な出力信号が生成されるような方法でサンプリングされることが好ましい。特に、放射開始時間は、光線に割り当てられたCW信号の部分が、CW信号の少なくとも1つの位相の全体をカバーするように選択される。それぞれの光線の寄与は、サンプリング理論、例えば重要度サンプリングを用いて調整することができる。 Radiation direction and/or radiation start time and/or radiation duration may be randomly selected or uniformly selected or sampled. The emission start time is preferably sampled in such a way that an accurate output signal is produced. In particular, the radiation start times are selected such that the portion of the CW signal assigned to the beam covers the entirety of at least one phase of the CW signal. The contribution of each ray can be adjusted using sampling theory, eg importance sampling.

方法ステップS2において、光線集合内のそれぞれの光線は、シミュレートされたシーンを通って伝播する。シミュレートされたシーンは、所定の幾何学的形状および物理的特性を有する複数のオブジェクトを含む。シミュレートされたシーンにおけるオブジェクトの位置および/または物理的特性は、固定されてもよいし、または時間的に変化してもよい。光線の伝搬は、当該技術分野で公知のレイトレーシングアルゴリズムを用いて行われる。それぞれの光線について、光線の光路は、光線の空間的起点、光線の放射方向、およびシミュレートされたシーン内のオブジェクト上での光線の反射、に基づいて決定される。さらに、検出位置までの光路に沿った光線のスループットが計算される。 In method step S2, each ray in the ray set propagates through the simulated scene. A simulated scene contains a plurality of objects having predetermined geometric shapes and physical properties. The positions and/or physical properties of objects in the simulated scene may be fixed or may vary over time. Ray propagation is performed using ray tracing algorithms known in the art. For each ray, the ray path is determined based on the ray's spatial origin, the ray's radial direction, and the ray's reflections on objects in the simulated scene. In addition, the throughput of rays along the optical path to the detection location is calculated.

方法ステップS3では、光線セット内のそれぞれの光線について、シーン内の検出位置における伝搬された光線の信号寄与が計算される。信号寄与は、計算されたスループットに基づいて、および光線の移動時間に基づいて、計算される。光線の移動時間は、光線の光路の長さから計算することができる。光線の最終的な移動時間は、信号寄与とCW信号との間の信号オフセットにつながる。信号オフセットは、光線の放射開始時間と、光線の光路に沿った移動時間と、に基づいて決定される。 In method step S3, for each ray in the ray set, the signal contribution of the propagated ray at the detection location in the scene is calculated. A signal contribution is calculated based on the calculated throughput and based on the travel time of the ray. The travel time of the ray can be calculated from the length of the optical path of the ray. The final travel time of the ray leads to a signal offset between the signal contribution and the CW signal. A signal offset is determined based on the start time of emission of the light beam and the travel time of the light beam along the optical path.

方法ステップS4において、それぞれの計算された信号寄与は、CW信号と混合されて、対応する光線の混合信号寄与を計算する。CW信号を計算された信号寄与との混合は、信号オフセットに基づいている。すべての光線の混合信号寄与を加算して、出力信号を生成する。 In method step S4, each calculated signal contribution is mixed with the CW signal to calculate the mixed signal contribution of the corresponding ray. The mixing of the CW signal with the calculated signal contribution is based on the signal offset. The mixed signal contributions of all rays are added to generate the output signal.

方法ステップS5において、出力信号は、メモリ記憶部3に記憶される。これに加えて、または、これに代えて、出力信号は、出力部4、例えば、ディスプレイまたはプリンタ等に出力される。 In method step S5, the output signal is stored in the memory store 3. FIG. Additionally or alternatively, the output signal is output to an output unit 4, such as a display or printer.

図8は、実行可能なプログラムコードPCを含むコンピュータプログラム製品Pを示すブロック図を概略的に示す。実行可能なプログラムコードPCは、(例えば、コンピュータデバイスによって)実行されると、本発明に係るCWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための方法を実行するように構成されている。 FIG. 8 schematically shows a block diagram showing a computer program product P containing executable program code PC. The executable program code PC, when executed (eg, by a computing device), is configured to perform a method for simulating sensor data of a CW lidar sensor according to the present invention.

図9は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体Mを示すブロック図を概略的に示しており、非一時的コンピュータ可読記憶媒体Mは、(例えば、コンピュータデバイスによって)実行されたときに、本発明に係るCWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための方法を実行するように構成された、実行可能プログラムコードMCを備えている。 FIG. 9 schematically illustrates a block diagram illustrating a non-transitory computer-readable storage medium M that, when executed (eg, by a computing device), implements the present invention. It comprises executable program code MC configured to perform a method for simulating sensor data of such a CW lidar sensor.

ここに記載された全ての有利な選択肢、改変における相違点、およびCWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための装置の実施形態に関する前述の記載は、CWライダーセンサのセンサデータをシミュレートするための方法についての実施形態に同様に適用することができ、またその逆もまた同様である、ことが理解されるべきである。 All of the advantageous options, differences in modifications, and the foregoing description of embodiments of an apparatus for simulating sensor data of a CW lidar sensor described herein have been described for simulating sensor data of a CW lidar sensor. can equally be applied to embodiments of the method of and vice versa.

前述の詳細な説明において、様々な特徴は、開示を合理化する目的で、1つまたは複数の例にまとめられている。上記の説明は、例示的であり限定的ではないことが意図されていることを理解されたい。代替物、修正物、および均等物を包含することを意図している。上記の明細書を検討するとき、多くの他の例が当業者には明らかであろう。 In the foregoing Detailed Description, various features are grouped together in one or more examples for the purpose of streamlining the disclosure. It should be understood that the above description is intended to be illustrative and not restrictive. It is intended to cover alternatives, modifications and equivalents. Many other examples will be apparent to those of skill in the art upon reviewing the above specification.

本明細書では特定の実施形態を図示し、説明したが、当業者であれば、様々な代替および/または同等の実装が存在することが理解されるであろう。例示的な一の実施形態または例示的な複数の実施形態は、例示に過ぎず、範囲、適用可能性、または構成を何らかの形で限定することを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、前述の概要および詳細な説明は、当業者に、少なくとも1つの例示的な実施形態を実施するための便利なロードマップを提供するものであり、添付の特許請求の範囲およびその法的な等価物に記載される範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に記載される要素の機能および配置に様々な変更を行うことができることを理解されたい。一般に、本出願は、ここで論じられる特定の実施形態の任意の応用または変形を包含することが意図される。 Although particular embodiments have been illustrated and described herein, it will be appreciated by those skilled in the art that various alternatives and/or equivalent implementations exist. It should be understood that the exemplary embodiment or exemplary embodiments are illustrative only and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration in any way. Rather, the foregoing summary and detailed description provide those skilled in the art with a convenient road map for implementing at least one exemplary embodiment, and the scope of the appended claims and their legal implications. It is to be understood that various changes may be made in the function and arrangement of elements described in the illustrative embodiments without departing from the scope described in equivalents. In general, this application is intended to cover any adaptations or variations of the specific embodiments discussed herein.

前述の明細書で使用される特定の専門用語は、本発明を完全に理解するために使用される。しかしながら、ここに提供される明細書に照らして、本発明を実施するために特定の詳細が必要とされないことは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の特定の実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提示される。これらは、網羅的であること、または本発明を開示された厳密な形態に限定すること、を意図するものではなく、上記の教示に鑑みて多くの修正および変形が可能であることが明らかである。この実施形態は、本発明の原則およびその実際の応用を最も良く説明するために選択されて説明されたものであり、これにより、当該技術分野の当業者が、考えられる特定の用途に適するように様々の変形を付した本発明および様々な実施形態を最も良く利用することができるようになる。本明細書全体を通して、用語「含む(including)」および「その中で(in which)」は、単純英語の用語「含む(comprising)」および「ここで(wherein)」の平易な英語の等価表現としてそれぞれ使用される。さらに、用語「第1の(first)」、「第2の(second)」および「第3の(third)」などは、単にラベルとして使用され、それらの対象に数値的要件を課すこと、またはそれらの対象の重要性の特定のランク付けを確立すること、を意図するものではない。本明細書および特許請求の範囲の文脈において、接続詞「または(or)」は、包含的論理和(「および/または(and/or)」)であり、排他的論理和ではない(「…または のいずれか(either...or )」)と理解されるべきである。 Certain terminology used in the foregoing specification is used to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that the specific details are not required to practice the present invention in light of the specification provided herein. Accordingly, the foregoing descriptions of specific embodiments of the invention are presented for purposes of illustration and description. They are not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed, and obviously many modifications and variations are possible in light of the above teachings. be. This embodiment was chosen and described in order to best explain the principles of the invention and its practical application, thereby enabling those skilled in the art to adapt it to the particular application contemplated. The present invention and various embodiments may be best utilized with various modifications. Throughout this specification, the terms "including" and "in which" are the Plain English equivalents of the Simple English terms "comprising" and "wherein" used respectively as Furthermore, the terms "first," "second," and "third," etc. are used merely as labels to impose numerical requirements on their subject, or It is not intended to establish any particular ranking of the importance of those subjects. In the context of this specification and claims, the conjunction "or" is an inclusive disjunction ("and/or") and not an exclusive disjunction ("... or shall be understood as either...or").

1: 装置
2: 処理部
21: 光線生成部(光線セット生成部)
22: 光線伝搬部
23: 信号寄与算出部
24: 出力信号生成部
3: 記憶部
4: 出力部(インターフェース)
5: CW信号
51: 部分
6: シーン
61: オブジェクト
62: オブジェクト
71: 信号寄与
72: 混合部
73: 混合信号寄与
101:信号
102:シーン
103:混合部
104:出力信号
M: コンピュータ可読記憶媒体
MC: 実行可能プログラムコード
P: コンピュータプログラム製品
PC: プログラムコード
Rx: 受信機
Tx: 送信機
T: 放射持続期間
t_0: 放射開始時間
t_1: 放射終了時間
1: device 2: processing unit 21: ray generation unit (ray set generation unit)
22: light beam propagation unit 23: signal contribution calculation unit 24: output signal generation unit 3: storage unit 4: output unit (interface)
5: CW signal 51: Part 6: Scene 61: Object 62: Object 71: Signal contribution
72: Mixer 73: Mixed signal contribution
101: Signal 102: Scene 103: Mixer 104: Output signal M: Computer readable storage medium MC: Executable program code P: Computer program product PC: Program code Rx: Receiver Tx: Transmitter T: Radiation duration t_0: Radiation start time t_1: Radiation end time

Claims (15)

連続波光検出および測距(CWライダーセンサ)のセンサデータをシミュレートするための方法であって、
CW信号(5)に基づいて、少なくとも1つの光線を含む光線セットを生成する工程、ここで当該光線セットにおけるそれぞれの光線は、放射開始時間t_0と放射持続期間Tとを有している;
前記光線セットにおけるそれぞれの光線について、少なくとも1つのオブジェクトを含むシミュレートされたシーン(6)前記光線を伝播させる工程;
前記光線セットにおけるそれぞれの光線について、前記シミュレートされたシーン(6)内の検出位置における、伝播された前記光線の信号寄与(71)を計算する工程;
前記CW信号を前記光線セットにおける前記光線の計算された前記信号寄与と混合することに基づいて、出力信号(104)を生成する工程、ここで前記CW信号は通常、前記光線セットにおける前記光線の計算された前記信号寄与(71)から、前記光線の移動する時間に対応した位相シフトの分だけ異なる;および、
前記出力信号(104)の記憶および出力の少なくとも一方を実行する工程、
を含む、方法。
A method for simulating sensor data for continuous wave optical detection and ranging (CW lidar sensor), comprising:
generating, based on the CW signal (5), a ray set comprising at least one ray, each ray in the ray set having a radiation start time t_0 and a radiation duration T;
for each ray in said ray set, propagating said ray through a simulated scene (6) containing at least one object;
calculating, for each ray in said ray set, the signal contribution (71) of said ray propagated at a detection location in said simulated scene (6);
generating an output signal (104) based on mixing the CW signal with the calculated signal contribution of the rays in the ray set, wherein the CW signal is typically the differ from the calculated signal contribution (71) by a phase shift corresponding to the time traveled by the ray; and
performing at least one of storing and outputting said output signal (104);
A method, including
前記光線セットにおけるそれぞれの光線は、前記シミュレートされたシーン(6)における空間的起点と、前記シミュレートされたシーン(6)における放射方向と、を含む、
請求項1に記載の方法。
each ray in the ray set includes a spatial origin in the simulated scene (6) and a radial direction in the simulated scene (6);
The method of claim 1.
前記光線を伝播させる工程は、
前記光線の前記空間的起点、前記光線の前記放射方向、および、前記シミュレートされたシーン(6)における前記オブジェクト(61,62)上での前記光線の反射、に基づいて前記光線の光路を決定する工程と、
前記検出位置までの当該光路に沿って前記光線のスループットを計算する工程と、
を含み、
前記信号寄与(71)を計算は、計算された前記スループットに基づいており、
前記光線の前記スループットは、前記検出位置において受けとられた、前記光路に沿う前記光線の反射によるエネルギーの一部に関連する、請求項2に記載の方法。
Propagating the light beam comprises:
determining the path of the ray based on the spatial origin of the ray, the radial direction of the ray and the reflection of the ray on the objects (61, 62) in the simulated scene (6) a step of determining;
calculating the throughput of the beam along the optical path to the detection location;
including
calculating the signal contribution (71) is based on the calculated throughput;
3. The method of claim 2, wherein the throughput of the light beam relates to the fraction of energy received at the detection location due to reflection of the light beam along the optical path.
前記光線セットにおけるそれぞれの光線について、前記CW信号(5)を計算された前記光線の前記信号寄与(71)との混合は、前記信号寄与(71)と前記CW信号(5)との間の信号オフセットに基づいており、
前記信号オフセットは、前記光線の前記放射開始時間t_0および前記光線の前記光路に基づいて決定される、
請求項3に記載の方法。
For each ray in the ray set, mixing the CW signal (5) with the signal contribution (71) of the calculated ray is the difference between the signal contribution (71) and the CW signal (5). Based on signal offset,
the signal offset is determined based on the radiation start time t_0 of the light beam and the optical path of the light beam;
4. The method of claim 3.
前記放射方向は、ランダムに選択されるか、または、均一に選択される、
請求項2~4のいずれか1項に記載の方法。
the radial direction is randomly selected or uniformly selected;
The method according to any one of claims 2-4.
前記光線セットは、複数の光線を含み、
前記光線の前記放射開始時間t_0は、ランダムに選択されるか、または、均一に選択される、
請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
the ray set includes a plurality of rays;
the emission start time t_0 of the light beam is randomly selected or uniformly selected;
The method according to any one of claims 1-5.
前記CW信号(5)は、周波数変調連続波(FMCW)信号、または、振幅変調連続波(AMCW)信号である、
請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
The CW signal (5) is a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal or an amplitude modulated continuous wave (AMCW) signal,
The method according to any one of claims 1-6.
光線セットを生成する工程は、それぞれの光線に対して、前記CW信号の部分(51)を該光線に割り当てることを含み、
前記CW信号の前記部分(51)は、前記放射開始時間t_0で始まり、前記放射持続期間Tに等しい長さを有する、
請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
generating a set of rays comprises, for each ray, assigning a portion (51) of said CW signal to said ray;
said portion (51) of said CW signal begins at said radiation start time t_0 and has a length equal to said radiation duration T;
The method according to any one of claims 1-7.
前記出力信号(104)を生成する工程は、
前記光線セットにおけるそれぞれの光線について、前記CW信号(5)を前記光線の計算された前記信号寄与(71)と混合することによって混合信号寄与(73)を計算する工程、および、
前記光線セットにおける全ての光線の前記混合信号寄与(73)を加算することによって前記出力信号(104)を生成する工程、
を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。
The step of generating the output signal (104) comprises:
calculating, for each ray in said ray set, a mixed signal contribution (73) by mixing said CW signal (5) with said calculated signal contribution (71) of said ray;
generating said output signal (104) by summing said mixed signal contributions (73) of all rays in said ray set;
The method according to any one of claims 1 to 8, comprising
連続波光検出および測距(CWライダーセンサ)のセンサデータをシミュレートするための装置(1)であって、
CW信号(5)に基づいて、少なくとも1つの光線を含む光線セットを生成する工程、ここで当該光線セットにおけるそれぞれの光線は、放射開始時間t_0と放射持続期間Tとを有している;
前記光線セットにおけるそれぞれの光線について、少なくとも1つのオブジェクトを含むシミュレートされたシーン(6)前記光線を伝播させる工程;
前記光線セットにおけるそれぞれの光線について、前記シミュレートされたシーン(6)内の検出位置における、伝播された前記光線の信号寄与(71)を計算する工程;および、
前記CW信号(5)を前記光線セットにおける前記光線の計算された前記信号寄与(71)と混合することに基づいて、出力信号(104)を生成する工程、ここで前記CW信号は通常、前記光線セットにおける前記光線の計算された前記信号寄与(71)から前記光線の移動する時間に対応した位相シフトの分だけ異なる
に適合された処理部(2)と、
前記出力信号(104)を記憶するように適合された記憶部(3)、および、前記出力信号(104)を出力するように適合された出力部(4)、の少なくとも一方と、
を備える、装置。
An apparatus (1) for simulating sensor data for continuous wave optical detection and ranging (CW lidar sensor), comprising:
generating, based on the CW signal (5), a ray set comprising at least one ray, each ray in the ray set having a radiation start time t_0 and a radiation duration T;
for each ray in said ray set, propagating said ray through a simulated scene (6) containing at least one object;
calculating, for each ray in said ray set, the propagated signal contribution (71) of said ray at a detection location in said simulated scene (6); and
generating an output signal (104) based on mixing said CW signal (5) with said calculated signal contribution (71) of said rays in said ray set, wherein said CW signal is typically said differs from the calculated signal contribution (71) of the ray in the ray set by a phase shift corresponding to the time traveled by the ray;
a processing unit (2) adapted to
at least one of a storage unit (3) adapted to store said output signal (104) and an output unit (4) adapted to output said output signal (104);
A device comprising:
前記光線セットは、複数の光線を含み、
前記処理部(2)は、前記光線の前記放射開始時間t_0をランダムな方法または均一な方法で決定するように適合されている、
請求項10に記載の装置。
the ray set includes a plurality of rays;
said processing unit (2) is adapted to determine said radiation start time t_0 of said light beam in a random or uniform manner;
11. Apparatus according to claim 10.
前記処理部(2)は、それぞれの光線について、前記CW信号の部分(51)を前記光線に割り当てることによって前記光線セットを生成するように適合されており、
前記CW信号の前記部分(51)は、前記放射開始時間t_0に開始し、前記放射持続期間Tに等しい長さを有する、請求項10または11に記載の装置。
said processing unit (2) is adapted to generate said ray set by assigning, for each ray, a portion (51) of said CW signal to said ray,
12. Apparatus according to claim 10 or 11, wherein said part (51) of said CW signal starts at said radiation start time t_0 and has a length equal to said radiation duration T.
前記処理部(2)は、
前記光線セットにおけるそれぞれの光線について、前記CW信号(5)を前記光線の計算された前記信号寄与(71)と混合することによって混合信号寄与(73)を計算すること、および
前記光線セットにおける全ての光線の前記混合信号寄与(73)を加算することによって前記出力信号(104)を生成すること、
によって前記出力信号(104)を生成するように適合されている、
請求項10~12のいずれか1項に記載の装置。
The processing unit (2) is
calculating, for each ray in said ray set, a mixed signal contribution (73) by mixing said CW signal (5) with said calculated signal contribution (71) of said ray, and all in said ray set; generating said output signal (104) by summing said mixed signal contributions (73) of rays of
adapted to generate said output signal (104) by
A device according to any one of claims 10-12.
コンピュータデバイス(1)によって実行されるときに、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法を実行するように構成されている実行可能プログラムコード(PC)、を含むコンピュータプログラム製品(P)。 A computer program product (P ). コンピュータデバイス(1)によって実行されるときに、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法を実行するように構成されている、実行可能プログラムコード(MC)を含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体(M)。 Non-transitory computer comprising executable program code (MC) configured to perform the method according to any one of claims 1 to 9 when executed by a computer device (1) A readable storage medium (M).
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