WO2019048168A1 - Stochastisch getaktete bilderzeugung eines lidar-systems - Google Patents

Stochastisch getaktete bilderzeugung eines lidar-systems Download PDF

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WO2019048168A1
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Andre Nauen
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a
  • Sensor system comprising a light emitting device having an emitter and a raster unit, and a
  • the light emitting device is on
  • LIDAR Laser scanner or a LIDAR system.
  • the function of a LIDAR system is based on a running time measurement of emitted light signals.
  • the term light is intended here to encompass the entire electromagnetic spectrum from the ultraviolet via the visible to the infrared.
  • LIDAR systems are usually electromagnetic radiation in the
  • the pulse echo that is, light rays reflected on an object
  • the pulse echo signal becomes a later one
  • LIDAR systems or LIDAR sensors scan an environment of the LIDAR system for one given pattern. This can lead to various disadvantages in unfavorable cases. By systematically scanning the surrounding area, for example from left to right, an object could appear at the end of the
  • the object of the present invention is therefore to provide a LIDAR system, which offers a possibility to detect a larger field of view faster and thus also allow faster object detection.
  • so-called aliasing artifacts are to be reduced, which should additionally enable a more reliable recording of objects in the environment of a light emission device and thus an improved downstream
  • the present invention accordingly provides a method for
  • Light emission device comprising an emitter and a
  • Random process describe a sequence of temporally ordered, random processes
  • LIDAR LIDAR
  • Signal-to-noise ratio is also known by the term signal-to-noise ratio.
  • the signal-to-noise ratio is defined as the ratio of an average power of a useful signal to an average noise power of a noise signal.
  • LIDAR systems can be used in a large number of applications, but this does not mean that there is a fundamental difference or restriction for the idea described below. Preferably LIDAR systems are used in vehicles.
  • LIDAR systems typically work with infrared
  • the resolution can either exclusively via a
  • angle-selective detector an angle-selective emitter or by a combination or interaction of both
  • a LIDAR system which generates its resolution exclusively by means of the detector, is often referred to as a "flash" LIDAR, which has an emitter which is as homogeneous as possible of the entire preset value
  • the detector has in this case a plurality of individually readable and arranged in a matrix segments. This is one Optics, which different solid angle segments on the
  • This type of LIDAR system is often referred to as a "Flash" lidar, and often only the corresponding LIDAR sensor is addressed.
  • a raster LIDAR system has one
  • Emitter on which sends the measuring pulses targeted in different directions, but this must be done sequentially temporally.
  • a detector As a detector, a single segment in combination with an optical system is sufficient, which maps the entire field of vision of the LIDAR system onto it.
  • a mixed form is the named combination or the above-mentioned interaction in which a raster movement takes place in one dimension, but the resolution in the second dimension is achieved by means of a detector which is angle-selective in this dimension.
  • a hybrid grid LIDAR system or hybrid grid LIDAR sensor This described in the further course of the present application
  • a light emitting device could be a system of LED elements with a shutter. Also ultrasound or
  • Radar signals are in this context as
  • the term "light emission device” preferably means a laser scanner system, in particular a LIDAR sensor.
  • a LIDAR sensor preferably a laser scanner system
  • An infrared laser (IR laser diode) preferably used here is characterized by a good collimation of the
  • the method according to the invention includes the following method steps. First, a room area to be detected in the vicinity of
  • Light emission device implemented in the same, for example by a corresponding programming. So points for example, a LIDAR sensor ex works to a specific detection area. The predetermined area of space is transmitted by emitting light rays through the
  • the different spatial directions can be combined with
  • the control unit drives the emitter based on a random component, causing the emitter to become random
  • Time points emitted light rays in the direction of the raster unit deflects the light rays in the different spatial directions, along which the
  • time step is the time difference between two directly successive light pulses
  • the time step would be one second
  • the temporal length of the individual time steps can be irregular, partly random or completely random.
  • the raster unit changes its orientation to the emitter at certain points in time or that the emitter after each time point changes a different subarea of the raster unit with another
  • Light emission device emits after each time step or at the immediately following time each light rays in different, stochastically determined, spatial directions. The order of
  • Spaces in which the light emitting device emits the light beams include at least one
  • Random component namely the emission of light rays by the emitter at random times.
  • Beating and stroboscopic effects can also be detected by means of the partial stochastic sampling by the
  • Random component in the algorithm are designed such that objects with a higher probability can be detected faster.
  • the invention provides for the control unit, in addition to the random component, to use a deterministic component in order to control the emitter.
  • a deterministic component in order to control the emitter. This can be a
  • Sample points would concentrate on a small area. To completely eliminate this "residual risk" of clumping, it may be useful not only to randomize the sampling scheme, but in combination with a
  • the random component is determined based on a true random number and / or a pseudorandom number.
  • Pseudo-random numbers can be determined by means of pseudo-random number generators. Pseudo-random number generators can work on Fibonacci series
  • the Fibonacci generator includes a
  • Random numbers are not limited to Fibonacci series. Other mathematical methods may be used, such as the linear competition method, the square-center method, the Hewlett-Packard method, or the method of DH Lehmer. This has the advantage that random numbers or pseudo-random numbers can be generated in a simple manner. With this method, pseudo-random numbers with few computational resources, ie for example, by means of a calculator or a
  • pseudo-Zufausmaschine can be generated by means of mathematical methods.
  • the random component can be determined based on a true random number.
  • Physical generation of random number generators is particularly suitable for their generation. Such physical random number generators may be based on various physical effects. For example, a thermal noise of a resistor or a radioactive decay process may be the basis for the physical random number generator. For example, a resistor does not always have the exact same
  • this resistance value is subject to certain fluctuations. These variations can be used in the generation of random numbers based on the physical
  • Random number generator are taken into account.
  • Fluctuations of the Earth's magnetic field are always independent of computers or the stored algorithms and thus by chance. Also other physically measurable quantities, such as distances of the
  • Light emitting device to other objects interference from other objects, can be used to real
  • the emitter can emit light rays and the
  • Raster unit can these rays of light in another
  • the emitter may in principle be any light source, but is preferably one Laser scanner used.
  • the grid unit can the
  • the grid unit has partially a flat surface to allow a targeted reflection.
  • the grid unit can also have defined areas curved surfaces, resulting in a different
  • Reflection results in a flat surface. That is, the light rays impinge on the raster unit and are reflected by their corresponding reflection
  • the grid unit can
  • MEMS micro-electro-mechanical system
  • MEMS mirrors can oscillate resonantly or non-resonantly in one or two axes.
  • a MEMS mirror system may also consist of several MEMS individual units. MEMS mirror systems may also be arranged sequentially, wherein the first MEMS unit is one, for example horizontal
  • the vibration axis is aligned orthogonal to the first axis of vibration.
  • a given area can be completely scanned (e.g., by a Lissajous method).
  • the raster unit may additionally or
  • DMD mirror units can have two defined discrete orientations and transition from one position to the other.
  • the MEMS mirrors or the raster unit are configured in such a way that they reflect
  • Light rays leave the light emitting device.
  • objects in the vicinity of the light emitting device can be scanned by the emitted light beams.
  • the generation of the light beams and the emission of the light beams can be separated into different spatial directions. That is, in this variant, the divided
  • the emitter fulfills the first function, namely light beams
  • MEMS mirrors make it possible
  • the invention provides that the raster unit has a plurality of mirror units and the control unit controls the emitter based on a further random component such that the emitter at random times a randomly selected mirror unit by emitting
  • the rasterizer unit in this example has many small mirror units, the MEMS mirrors and / or DMD mirrors. These MEMS mirrors may be arranged in an array.
  • the emitter is going through the
  • Control unit controlled so that the emitter randomly selects a single MEMS mirror and this with a
  • the particular MEMS mirror illuminated by the emitter would in this case be randomly selected by the further random component.
  • the further random component comprises two aspects.
  • the emitter transmits at random times
  • a mirror unit of the grid unit is randomly selected. Both aspects can be realized by means of pseudo-Zufausberg and / or real random numbers. Since each individual mirror unit can be aligned differently, the accidental illumination of the
  • Mirror units also a random scanning of the environment of the light emitting device.
  • the individual mirror units are preferably designed to be movable. However, it is also possible to use mirror units which show their position do not change relative to the emitter. In this case, it makes sense to provide enough mirror units, each having a small space outside the area
  • the totality of the mirror units should capture every area of the room so that there are not too large gaps in the rasterization.
  • the rasterizer is constructed with multiple MEMS mirrors similar to a chessboard, then in this example the emitter would not systematically illuminate the checkered pattern of the MEMS mirrors from left to right or top to bottom.
  • Control unit would control the emitter such that the emitter incidentally, for example, first the fifth MEMS mirror, then the 23rd, the 45th etc. MEMS mirror lights. These MEMS levels are preferably
  • Light beams are emitted in each case in different spatial directions.
  • the respective MEMS mirrors are preferably oriented such that the
  • Light emission device can scan different angular ranges.
  • the raster unit changes its relative orientation to the emitter at predetermined times by a proper movement.
  • the predetermined times can also correspond to the random times. That is, the emission of light rays from the
  • Raster unit does not take place in this example according to a fixed predetermined time pattern, but the transmission of the light beams is made to different random
  • Moving mirror units in this example will cause different times of broadcasting Light rays through the emitter in the direction of the raster unit ultimately to different spatial directions of the
  • the emission of the light beams from the light emitting device can be made random with respect to the spatial directions. Since in this example the raster unit or the mirror units regularly change their orientations, the result is correspondingly different
  • Raster unit or the individual mirror units changes with time or is dependent on the time. Since this movement of the raster unit or of the respective mirror units can not be designed randomly or only with great difficulty, a random emission of light beams preferably takes place through the emitter. This can ultimately a random scan of the
  • Self-motion changes its relative position to the emitter continuously, be selected.
  • This random number selected mirror unit would be illuminated by the emitter.
  • the effect of the stochastic sampling in addition to the random temporal emission of light rays in combination with the deflection by the mirror units or raster unit would also be in addition to a selected using the random number mirror unit "double"
  • the sensor system has a detector which receives reflections of the emitted light beams.
  • Light emission device is usefully supplemented in this case with a detector. This allows the sensor system
  • the detector Surrounding the light emitting device by emitting the light beams into randomly-determined angle segments is also reflected in the information received by the detector.
  • the detector or an optical system arranged therein collects the reflected light signals within it
  • the information thus obtained can be fed to an evaluation in the further course.
  • an overall image is generated on the basis of the light beams received by the detector by means of a deconvolution.
  • Deconvolution refers to the reversal of the so-called convolution operation. This is a mathematical transformation that is used, among other things, in signal and image processing.
  • the pixel profile received by the detector can be further improved in terms of its resolution. For this, however, the spot shape, the shape of a pixel in the far field, ie on an object to be scanned, must be known with sufficient accuracy. In most cases this is known. In the
  • Production of a laser scanner or LIDAR sensor is the form and type of light rays used known. It is also known how these rays of light behave in the distance. For example, a laser beam is usually directed and hardly divergent. In other light sources, the corresponding light rays run conically apart. Thus, a pixel in the far field, the spotlight, is known and this information can be taken into account in a deconvolution accordingly. This can help to generate an overall picture of better resolution from the received information.
  • an overall image is generated on the basis of the light beams received by the detector by means of a calculation of mean values or median values. Since the scanning, scanning or detection of the environment of
  • Light emission device can be done at least partially random, certain space areas multiple times
  • Spaces can have several measurement results. Since each individual measurement is subject to a certain fluctuation, the fluctuations, the fluctuations or the noise of the respective measuring points can be reduced by a multiple measurement of the same spatial area.
  • the measured variable can also be determined without mean or median value formation.
  • the light emission device emits pulsed light, preferably in the wavelength range 850 nm ⁇ ⁇ 1600 nm.
  • a wavelength of 905 nm may be provided by semiconductor laser diodes.
  • silicon-germanium semiconductors are particularly well suited. They have the advantage that such semiconductors are cheap to manufacture.
  • a gallium arsenide semiconductor can laser light in the wavelength range of about 1500 nm
  • This wavelength lies in the clearly invisible region of the human eye and such a laser light has a lower energy density. Indeed Laser diodes based on gallium arsenide are significantly more expensive.
  • This subarea can be any subarea. This subarea can be any subarea. This subarea can be any subarea. This subarea. This subarea can be any subarea.
  • the second sensor system in particular, if an object was detected by a first stochastic scan. This makes it possible, by the first sensor system, a rough (solid angle)
  • Preselection to meet which can then be considered in more detail by a second sensor system. This is usually accomplished by the fact that between the two
  • sensor systems may be LIDAR systems in a single motor vehicle.
  • the second LIDAR system could also be located in another vehicle. That is, the two LIDAR systems are in different
  • the first LIDAR system could make a first rough survey of the environment by randomly scanning its environment. For a further evaluation or an additional evaluation, the result of this scanning could be transmitted to the second LIDAR system. In this case, a corresponding communication link would be established between the two vehicles by the LIDAR systems.
  • Such sensor systems or in the form of a LIDAR system can be arranged at different locations on the motor vehicle. You can in a page area, a front or
  • the first sensor system which scans its surroundings by means of the random component, to send data to an environment
  • the first LIDAR system can receive data from a server and take this data into account when scanning or evaluating the received light beams, that is, the random component that affects the scanning can in this variant of the Result of a server query
  • Bluetooth, WiFi, mobile communications, etc. is only important insofar as reliable data transmission can take place.
  • the transmitted information is previously encrypted and thus transmitted in encrypted form. So that can be provided, in particular, that the transmitted information is previously encrypted and thus transmitted in encrypted form. So that can be provided, in particular, that the transmitted information is previously encrypted and thus transmitted in encrypted form. So that can be provided, in particular, that the transmitted information is previously encrypted and thus transmitted in encrypted form. So that can be provided, in particular, that the transmitted information is previously encrypted and thus transmitted in encrypted form. So that can be provided, in particular, that the transmitted information is previously encrypted and thus transmitted in encrypted form. So that can be provided, in particular, that the transmitted information is previously encrypted and thus transmitted in encrypted form. So that can be provided, in particular, that the transmitted information is previously encrypted and thus transmitted in encrypted form. So that can be provided, in particular, that the transmitted information is previously encrypted and thus transmitted in encrypted form. So that can be provided, in particular, that the transmitted information is previously encrypted and thus transmitted in encrypted form. So that can be provided, in particular
  • the sensor system can be better protected against hacker attacks or manipulation attempts.
  • the present invention provides a sensor system having a light emitting device including an emitter and a grid unit, wherein the
  • Light emission device is adapted to at least partially randomly scan an environment of the light emitting device.
  • the sensor system is also designed to scan a predetermined spatial area by emitting light beams in different spatial directions.
  • the sensor system further comprises a control unit for driving the
  • Light emission device wherein the drive is performed such that the sampling based on a
  • Random component occurs by which the emitter too
  • Raster unit emits and the grid unit the
  • Light emitting device is designed to emit light beams, the light emitting device can also be considered as a transmitter or transmitting unit.
  • Another aspect of the invention provides that the
  • Control unit has a random number generator to
  • Pseudo-Zufausloom and / or real random numbers for the calculation of the random component to generate can be integrated in a computer chip of the control unit. Furthermore, it may be possible for the control unit to be based on an external computing unit
  • the control unit can be made up of several components
  • the emitter can be designed as a light source that emits the light beams continuously or at certain and / or stochastically determined times. That is, the emitter can continuously emit a light beam or light pulses at certain times
  • the grid unit serves the
  • the mirror for example a mirror.
  • Raster unit in several mirror units the so-called MEMS mirrors, split.
  • MEMS mirrors the so-called MEMS mirrors
  • the invention provides that the sensor system has an arithmetic unit that is based on signals received by a detector of the sensor system
  • Light rays generated an overall picture. Based on the overall picture, a classification of the detected objects and thus an object recognition.
  • a detector is in this
  • Variant part of the sensor system and ideally arranged such that it reflected from an object
  • the detector can be used as a receiver or receiving unit of the reflected light beams
  • a preliminary image or pixel pattern can be created.
  • this information can be transformed into an overall picture.
  • computing unit may keep other methods from the image signal ⁇ or technique to received from the
  • Neural networks can also be used here. A particularly advantageous variant of the present invention
  • the light emission device is a laser scanner, in particular a LIDAR system.
  • the light emission device can have an LED element with a corresponding associated switched diaphragm.
  • LIDAR systems are used in many technical areas, for example in the field of mobility. LIDAR systems usually have a range of up to about 300 meters, but may also have longer ranges in the future. However, instead of laser scanners, radar sensors or ultrasound sensors can also be used be used. However, they can also be used as auxiliary sensors.
  • Another variant of the invention provides a mobile
  • Mobile means of transportation can also be bicycles, sleds, carriages, etc.
  • a vehicle is provided as means of transportation.
  • the vehicle may be an aircraft or a waterborne vehicle or a land vehicle.
  • the land-based vehicle may be a motor vehicle or a rail vehicle or a bicycle.
  • the vehicle is a
  • a vehicle is in particular a motor vehicle
  • a LIDAR system as a sensor system has great potential in the automotive sector, as LIDAR systems are very advantageous in terms of autonomous vehicles.
  • Sensor system can also be used in flying vehicles such as a helicopter, "CityHawk", a flying car, a drone.
  • the vehicle may also be an aircraft, such as a drone, or a waterborne vehicle, for example, ships, submarines, or a land vehicle.
  • the land-based vehicle may be a motor vehicle or a
  • the vehicle Being a rail vehicle or a bicycle. Particularly preferred is the use of the LIDAR system in a truck, passenger car or motorcycle.
  • the vehicle can the
  • the vehicle has a further means of locomotion, which is arranged in a stationary state on the vehicle and in an activation state spatially not in physical
  • connection with the vehicle is.
  • This may be, for example, a drone which is arranged on a roof of a car.
  • the drone could, for example, comprise the sensor system according to the invention. In the stationary state would be the
  • Drone connected to the roof This could be done, for example, magnetically.
  • the drone could be used as a stationary LIDAR sensor, this LIDAR sensor on the drone according to the invention
  • the drone can be put into an activation state.
  • the drone detaches itself from the vehicle and sets it in motion on its own.
  • the drone flies away from the vehicle and can thus drive inaccessible areas for the vehicle. Since the drone has the sensor system according to the invention, in particular a LIDAR sensor, in this example, it can nevertheless examine areas which are inaccessible to the vehicle.
  • Information which in this example receives a detector located in or on the drone, can be directly evaluated by the drone, or this information can be transmitted to a computing unit located in the vehicle. There, the computing unit of the vehicle can evaluate the received information and create an overall picture. It is therefore possible to arrange the arithmetic unit in or on the vehicle or at the drone. This approach is advantageous, for example, in police vehicles. Police vehicles are used, inter alia, in cases relating to the fight against crime, an industrial accident and / or a disaster situation
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a sensor system with a light emission device and a
  • Detector and an object in front of the sensor system an exemplary raster image according to a systematic scanning of the environment of the light emitting device; and an exemplary representation of a raster image according to the inventive, partially random scanning of the environment of
  • the sensor system 5 has a
  • the Light emission device 3 can be technically realized differently. It can be designed, for example, as a laser scanner, as a LIDAR scanner, as a radar scanner, as a light source with a diaphragm connected in front of it, or as an ultrasound scanner.
  • the light source can be controlled by an LED
  • the LED may be in the form of at least one individually packaged LED or in the form of at least one LED chip having one or more light emitting diodes. Multiple LED chips on a common substrate (“submount”)
  • circuit board e.g., FR4,
  • the at least one LED can with at least one own and / or common optics for beam guidance
  • Fresnel lens or a collimator instead of or in addition to inorganic LEDs, for example based on AlInGaN or InGaN or AlInGaP, organic compounds are generally also used
  • LEDs OLEDs, for example polymer OLEDs
  • the LED chips can be directly emitting or upstream
  • the light emitting component may be a laser diode or a laser diode array.
  • the emission wavelengths of the light emitting components can be in the ultraviolet, visible or
  • the light-emitting components may additionally be equipped with their own converter.
  • light sources are used, the pulsed, ideally monochromatic light
  • These are preferably lasers, especially
  • Infrared laser in the wavelength range from 850 nm to 1600 nm.
  • the light emitting device 3 has in this example, an emitter 1 and a movable raster unit 2.
  • the raster unit 2 may in turn comprise a plurality of mirror units.
  • these mirror units are often designed as MEMS mirrors.
  • These MEMS mirror units are preferably designed to be movable along at least one axis. This can be achieved using the MEMS mirror a grid movement in the horizontal direction.
  • the running frequency, the so-called raster frequency is preferably in the range of LIDAR technology at least 2 kilohertz. This was chosen arbitrarily in this example, in general it is very advantageous if the screen frequency is so large that within a period the distances to surrounding
  • Objects 9 are quasi-static. At a smaller one
  • Raster frequency could be a correct rating of the
  • Control unit 13 can emit the light pulses timed. This time control by the control unit 13 can be carried out in particular according to the aforementioned superposition.
  • the emitter can be a single unit, which
  • the emitter 1 can also be composed of a plurality of individual emitters 1.
  • each individual emitter 1 is preferably driven with a pulse rate of 10 kilohertz. This pulse rate is a constant which is determined by the
  • thermal load capacity of the emitter is determined. It is very advantageous to maintain this pulse rate on average, otherwise the emitter 1 due to excessive thermal
  • Pulse rate are still possible. It can, however
  • the pulse rate can have a limit that must not be exceeded.
  • a limit could be, for example, 40 kilohertz.
  • the emitter 1 emits light beams 6 respectively
  • the frequency of the emitted measuring pulses per unit of time is indicated by the pulse frequency.
  • the pulse duration or pulse length can also be important. It is in most cases between 1 ns (nanosecond) and 100 ns. LIDAR systems often have a pulse length of about 10 ns. However, the pulse length or pulse shape is not relevant to the idea according to the invention.
  • control unit 13 both the
  • Control unit 13 may, for example, cause the
  • Emitter 1 emits light beams 6 at times, which are unpredictable, so are random. Since in this example, the raster unit 2 and the associated MEMS mirror are designed to be movable and continuously
  • the light beams 6 would leave the light emitting device 3 in a random manner in unpredictable solid angle.
  • Raster unit 2 done.
  • the control unit 13 controls the emitter 1 so that it emits light beams 6 at random times. These light beams 6 strike the raster unit 2, which moves relative to the emitter 1 or changes its relative position to the emitter 1 at certain times.
  • Raster unit 2 or the MEMS mirror could swing, for example. This vibration could also be along
  • the raster unit 2 can be composed of several MEMS mirror units.
  • the emitter 1 is controlled by the control unit 13 so that the emitter 1 randomly irradiates a MEMS mirror
  • random selection of MEMS mirror units leads in this example to random spatial directions of the light beams 6, which leave the light-emitting device 3.
  • Another MEMS mirror unit of the grid unit 2 can be illuminated by the emitter 1.
  • the sequence of the illuminated MEMS mirror units can in particular also be random.
  • the random scanning of the surroundings of the light emission device 3 can take place, on the one hand, by a random time sequence, which has a random distribution of points in time at which the emitter 1 emits light rays 6.
  • Raster unit 2 becomes that at random times
  • the accidental scanning of the environment may additionally or
  • control unit 13 controls the emitter 1 such that it after each
  • Time step illuminates different mirror units.
  • the sensor system 5 has in Fig. 1 in addition to the
  • Light emission device 3 a detector 4.
  • This detector 4 in turn has an optical system 7 with a
  • the optic 7 fulfills the function of a receiver in this example.
  • the light sensor 15 is in particular for
  • Visible light sensitive but can also perceive IR light or UV light.
  • the light beams 6 deflected by the movable raster unit 2 strike the object 9 at random solid angles. These light beams 6 are at least partially reflected at the object 9 and reflected
  • Light rays 6 X can over the field of view 10 of the
  • Detector 4 reach the optics 7.
  • the registered by the optics 7 reflected light beams 6 can be summarized as a raster image 12 and from the
  • Arithmetic unit 8 evaluated and further processed.
  • the sensor system 5 shown in FIG. 1 can be used in particular as
  • LIDAR system which is used in conjunction with a vehicle. This can be a drone on the
  • Such a drone could activate itself, detach itself from the vehicle and independently take measurements in it
  • the drone has a communication interface by means of which the information obtained from the measurements to the
  • Vehicle can be transmitted.
  • the vehicle is also a corresponding vehicle
  • Communication interfaces can also receive data from other external LIDAR systems or networks.
  • FIG. 2 which represents the prior art, shows the raster image 12 with a plurality of reflected pixels 11.
  • t1, t2, t3 and t4 are shown.
  • the detector records In this example, a bridge abutment 9 ⁇ and further to the right a traffic sign should be placed 9 in the middle of four different pixels 11.
  • tl, t2, t3 and t4 are registered by the detector 4. It can be clearly seen that at the time t2, the registered pixels 11 by one
  • Pixel unit are shifted to the right.
  • the pixels 11 are again shifted by one pixel to the right. Analogously, this also applies to the time t4.
  • the pixels 11 are shifted by three pixels to the right. That is, in this example, the
  • a systematic scan of the environment reliably detects the object 9 only after a sufficiently large number of time steps. For example, a car would be its environment
  • Scanning be detected.
  • time critical operations such as pedestrian detection
  • time delay can have a significant impact. If the sampling is carried out according to a systematic scheme and this scheme has a systematic error, then this error would also be reflected in the form of too late or unrecognized objects 9.
  • FIG. 3 shows a raster image 12, which was generated by scanning with a random component from the surroundings of the light emission device 3.
  • the distribution of the respective pixels 11 does not follow a fixed pattern. However, in order to avoid a scan, which is limited to a certain
  • Light emission device 3 are detected. In this case, a higher resolution can be generated in some places. By means of a mean or median calculation, the signal-to-noise ratio can be improved. Thus, images can be read out at an earlier time, but already cover the entire field of view 10, albeit with gaps. This can be of great advantage in the case of time-critical detection of objects 9, such as children or pedestrians.
  • Measurement or recognition of objects 9 can be present in particular if the distances to the object 9 are small and / or the object 9 moves rapidly and / or the transmission Vehicle turns or rotates quickly, for example when cornering tightly or during a turning maneuver.
  • an object classification can be carried out in order to control, for example, a vehicle equipped with the sensor system 5 according to the invention, for example as a function of the object class. Is a motor vehicle, for example, with the sensor system. 5
  • the arithmetic unit 8 can accomplish the type of traffic sign 9 ⁇ ⁇ and recognize its contents. For example, it is possible for the arithmetic unit 8 to recognize that the traffic sign
  • 9 ⁇ indicates a speed limit and detects the limit value for the speed. This information may be further developed by another controller
  • Object classes provided, in which case a detected object, in particular by the arithmetic unit 8 or a
  • Data evaluation unit which is classified in one of the object classes. This has the advantage that the data evaluation unit or arithmetic unit does not recreate 8 objects each time
  • an over-object class may be provided that is suitable for objects such as
  • Example of the traffic sign 9 ⁇ ⁇ is provided, which move within a certain circle or sector or radius - starting from the current location of a vehicle - and / or are arranged stationary.
  • the detection of traffic signs 9 , v and the detection of their respective information content can be accelerated.
  • a further over-object class may be provided, which is intended for movable objects moving in a larger radius of movement or larger radius or larger circle or larger sector compared to the second class of object.
  • further object classes can be provided.
  • the data evaluation unit or the arithmetic unit 8 can thus be used for object recognition and object classification.
  • Such a sensor system 5, embodied as a LIDAR system, can be suspended from the vehicle or integrated in a headlight.
  • the sensor system 5 is arranged in the front region of the vehicle. This enables effective object detection in the direction of travel.
  • Sensor systems 5 can also be arranged laterally or rearwardly of the vehicle, as well as on top of the vehicle roof. The interaction of all sensor systems generates an all-around image.
  • the detector 4 may take the form of a
  • the emitter 1 may be implemented as a single emitter or as a combination of a plurality of individual emitters 1. Several single emitters 1 can be placed in
  • a plurality of emitters 1 may be arranged one above the other.
  • four individual emitters 1 can be arranged directly above one another, so that the four emitters 1 form a straight line.
  • the arrangement of several emitters 1 can also be horizontal
  • a plurality of individual emitters 1 could be arranged along the bumper. You can, for example, in the area of a left
  • Headlamps a right headlamp and be arranged in between. It is not absolutely necessary that the emitters 1 are placed at the same height. In particular, the emitters 1 may be arranged along the bumper or below. It is also possible that in the
  • Light emitting device 3 a plurality of emitters 1 are placed horizontally next to each other. Again, it is not absolutely necessary that all emitters 1 have the same geodetic height. If, for example, four individual emitters 1 are arranged on a vehicle along the bumper and these are driven sequentially with respect to one another in terms of time, the detector 4 can use this to produce a resolution of four pixels
  • each emitter 1 could be assigned a certain amount. This would make it possible, based on the reflected light beams 6 ⁇ next to the
  • emitters 1 can be synchronous with each other, but based on the
  • Raster motion random be timed. As a result, four times the emitter power is available per addressed solid angle cx, which correspondingly increases the detection range of the sensor system 5.
  • the four emitters 1 exemplified can also be used.
  • Group of four individual emitters 1 can be selected both constant and random. In both cases, the dead time, ie the time interval until the next transmission pulse, of a single emitter 1 can be reduced to the system level after the emission of a light beam 6. In this example, the dead time would be reduced by a factor of 4, since there is a group of four emitters 1 here.
  • the detection range can be increased or, for example, in dense traffic, the resolution can be increased at short intervals.
  • Control unit 13 can be useful between these two Operating modes are switched. In conjunction with the
  • Arithmetic unit 8 can be generated based on the information obtained by the receiver 7, the overall image 14, which once a low-resolution image in a large
  • Requirement could be provided either a weakly resolved image from a distance or a better resolved image from the vicinity of the vehicle or the sensor system 5.
  • the present invention can also be used in connection with a so-called Lissaj ous scanner.
  • Lissaj ous scanner is a raster mirror, which is operated in both axes resonant or non-resonant.
  • the motion curve of each axis is sinusoidal, the trajectory of a deflected light beam 6 thus form Lissajous pattern.
  • These Lissaj ous patterns have the characteristic that not every solid angle is hit equally frequently. In connection with the stochastic timing of the measuring pulses or the light beams 6 would be here the
  • Illumination of the field of view 10 could be compensated by a Lissajous scanner.
  • a particularly advantageous form of the present invention results when the sensor system 5 according to the invention is combined with a second sensor system.
  • Random principle which is based on the random component. That is, the sensor system 5 scans its surroundings by randomly radiating light beams 6 at random spatial angles. In this case, the case may occur that objects 9 are detected earlier than at one
  • Sensor system scan the supplied from the first sensor system 5 spatial sections separately. That is, the second sensor system does not scan the entire field of view 10, but only the partial areas of the field of view 10 predetermined by the first sensor system 5.
  • the second sensor system can in particular be a systematic scanning of the
  • the embodiment provided could recognize the suddenly appearing ball or the child at least in a rough style in good time.
  • the second sensor system would in this example earlier on those parts of the spatial
  • the present invention provides the ability to reliably prevent aliasing artifacts that can occur during scanning by LIDAR systems. As a result, the reliability in the object recognition can be increased. Ideally, objects 9 or 9 ⁇ , as shown in FIG. 3, are detected more rapidly. This can be achieved by a meaningful embodiment of the sensor system 5, which works based on a random component. The random component can also be used with a deterministic

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems (5) mit einer Lichtemissionsvorrichtung (3), die einen Emitter (1) und eine Rastereinheit (2) aufweist. Die Lichtemissionsvorrichtung (3) ist ausgebildet, ihre Umgebung zumindest teilweise zufällig abzutasten. Das Sensorsystem (5) ist bevorzugt ein LIDAR- System. Zunächst wird ein zu erfassender Raumbereich in der Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung (3) vorgegeben. Eine Steuereinheit (13) steuert die Lichtemissionsvorrichtung (3) derart an, dass Lichtstrahlen(6) bevorzugt in verschiedene Raumwinkel αausgesandt werden, wobei dies auf Grundlage einer Zufallskomponente erfolgt, die indirekt eine zeitabhängige Raumrichtung festlegt. Die Zufallskomponente kann auch mit einer deterministischen Komponente kombiniert werden. Damit ist es möglich, Aliasing-Artefakte zu vermeiden und eine Objekterkennung zu beschleunigen. Eine zuverlässige Objekterkennung ist insbesondere durch eine Kombination mit einem zweiten Sensorsystem möglich. Dazu können von dem Sensorsystem (5) räumliche Teilbereiche selektiert werden, welche das zweite Sensorsystem darauf basierend näher untersuchen kann.

Description

STOCHASTISCH GETAKTETE BILDERZEUGUNG EINES LIDAR-SYSTEMS
BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Sensorsystems mit einer Lichtemissionsvorrichtung, die einen Emitter und eine Rastereinheit aufweist, und einer
Steuereinheit, wobei die Lichtemissionsvorrichtung
ausgebildet ist, ihre Umgebung zumindest teilweise zufällig abzutasten.
In vielen Fällen ist die Lichtemissionsvorrichtung ein
Laserscanner beziehungsweise ein LIDAR-System. Die Funktion eines LIDAR-Systems beruht auf einer LaufZeitmessung von ausgesandten Lichtsignalen. Der Begriff Licht soll hier das ganze elektromagnetische Spektrum vom Ultravioletten über das Sichtbare zum Infraroten umfassen. Für LIDAR-Systeme werden üblicherweise elektromagnetische Strahlen im
Wellenlängenbereich von ca. 850 bis ca. 1600 nm (Nanometer) verwendet. Treffen diese auf Oberflächen in der Umgebung des LIDAR-Systems, so wird ein Teil der ausgesandten
elektromagnetischen Strahlung bzw. der ausgesandten
Strahlungsleistung in Richtung des LIDAR-Systems reflektiert. Dementsprechend kann das Pulsecho, also an einem Objekt reflektierte Lichtstrahlen, mit einem geeigneten Sensor aufgezeichnet werden. Erfolgt die Aussendung des Pulses zum Zeitpunkt zO und wird das Echosignal zu einem späteren
Zeitpunkt zl erfasst, dann kann der Abstand d zur
reflektierenden Oberflache mit der Laufzeit dta = zl - zO nach d = dta*c/2 errechnet werden, c ist dabei der Wert der Lichtgeschwindigkeit. Diese Methode arbeitet sinnvollerweise mit Lichtpulsen, welche unter Verwendung beispielsweise von Halbleiterlaserdioden mit einer Wellenlänge von 905 nm, eine FWHM-Pulsbreite tp von 1 ns < tp < 100 ns aufweisen (FWHM = Füll Width at Half Maximum) .
Bisher bekannte LIDAR-Systeme beziehungsweise LIDAR-Sensoren tasten eine Umgebung des LIDAR-Systems nach einem vorgegebenen Muster ab. Dabei kann es in ungünstigen Fällen zu verschiedenen Nachteilen kommen. Durch eine systematische Abtastung des Umgebungsbereichs, zum Beispiel von links nach rechts, könnte ein Objekt, welches sich am Ende des
Erfassungsbereichs des LIDAR-Sensors befindet, relativ spät erkannt werden. Zum anderen könnten, bedingt durch die
Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und der Messfrequenz des LIDAR-Sensors, sogenannte Aliasing-Artefakte auftreten, insbesondere wenn die Abtastrate kleiner als das Zweifache der höchsten im Signal vorkommenden Frequenz ist (Nyquist- Shannon-Abtasttheorem) . Auch Schwebungs- oder
Stroboskopeffekte, welche eine Verzerrung der Realität darstellen, könnten sich mit üblichen LIDAR-Systemen ergeben. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein LIDAR-System bereitzustellen, welches eine Möglichkeit bietet, einen größeren Sichtbereich schneller zu erfassen und damit auch eine schnellere Objekterkennung zu ermöglichen. Zudem sollen sogenannte Aliasing-Artefakte reduziert werden, was zusätzlich eine zuverlässigere Aufzeichnung von Objekten in der Umgebung einer Lichtemissionsvorrichtung ermöglichen soll und damit eine verbesserte nachgelagerte
Obj ekterkennung . Diese Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die
vorliegende Erfindung sieht demnach ein Verfahren zum
Betreiben eines Sensorsystems mit einer
Lichtemissionsvorrichtung, die einen Emitter und eine
Rastereinheit aufweist, und einer Steuereinheit vor, wobei die Lichtemissionsvorrichtung ausgebildet ist, ihre Umgebung zumindest teilweise zufällig abzutasten. Die Begriffe
„stochastisch" oder „stochastischer Prozess" oder
„Zufallsprozess" beschreiben eine Abfolge von zeitlich geordneten, zufälligen Vorgängen. Diese Abfolge kann
beispielsweise durch physikalische Zufallsgeneratoren oder Pseudozufallszahlengeneratoren erzeugt werden. Zur Verbesserung von Störabständen werden in einem sinnvoll aufgebauten LIDAR-System mehrere zuvor beschriebene
Einzelpulsmessungen miteinander verrechnet, um beispielsweise den Störabstand durch Mittelung zu verbessern. Der
Störabstand ist auch unter dem Begriff des Signal-Rausch- Verhältnisses bekannt. Der Störabstand ist definiert als das Verhältnis einer mittleren Leistung eines Nutzsignals zu einer mittleren Rauschleistung eines Störsignals. Ein
übliches LIDAR-System verwendet darüber hinaus
unterschiedlich gestaltete Sender- und Empfängerkonzepte, um die Abstandsinformationen in verschiedene Raumrichtungen erfassen zu können. Damit wird dann ein zwei- oder dreidimensionales Bild der Umgebung erzeugt, welches für jeden aufgelösten Raumpunkt die vollständigen dreidimensionalen Koordinaten enthält. Wird zusätzlich zu den dreidimensionalen Koordinaten auch eine Laufzeit berücksichtigt, kann man von 4-dimensionalen Koordinaten sprechen. LIDAR-Systeme können in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz kommen, was aber für die nachfolgend beschriebene Idee keinen prinzipiellen Unterschied bzw. keine Einschränkung bedeutet. Bevorzugt kommen LIDAR-Systeme bei Fahrzeugen zum Einsatz.
LIDAR-Systeme arbeiten typischerweise mit infraroten
Wellenlängen im Bereich 850 nm < λ < 1600 nm, was jedoch prinzipiell nicht erforderlich ist. Die möglichen LIDAR- Systeme lassen sich abstrakt anhand der Art und Weise
unterscheiden, wie die Bildauflösung dargestellt wird. Die Auflösung kann entweder ausschließlich über einen
winkelselektiven Detektor, einen winkelselektiven Emitter oder durch eine Kombination bzw. Zusammenwirken beider
Systeme dargestellt werden.
Ein LIDAR-System, welches seine Auflösung ausschließlich mittels des Detektors erzeugt, wird häufig als „Flash"-LIDAR bezeichnet. Es weist einen Emitter auf, welcher möglichst homogen den gesamten vorgegebenen bzw. voreingestellten
Sichtbereich (englisch: FOV = field of view) ausleuchtet. Der Detektor weist in diesem Fall mehrere einzeln auslesbare und in einer Matrix angeordnete Segmente auf. Dazu ist eine Optik, welche verschiedene Raumwinkelsegmente auf die
einzelnen Segmente abbildet, erforderlich. Dieser Typ von LIDAR-System wird oft als „Flash"-LIDAR bezeichnet. Oft ist damit auch nur der entsprechende LIDAR-Sensor angesprochen.
Im Unterschied dazu weist ein Raster-LIDAR-System einen
Emitter auf, welcher die Messpulse gezielt in verschiedene Raumrichtungen aussendet, was allerdings zeitlich sequentiell geschehen muss. Als Detektor genügt hier ein Einzelsegment in Kombination mit einer Optik, welche den gesamten Sichtbereich des LIDAR-Systems darauf abbildet. Eine Mischform ist die genannte Kombination bzw. das oben genannte Zusammenwirken, in der in einer Dimension eine Rasterbewegung erfolgt, die Auflösung in der zweiten Dimension aber mittels eines in dieser Dimension winkelselektiven Detektors erreicht wird. Hierbei kann man auch von einem Hybrid-Raster-LIDAR-System oder Hybrid-Raster-LIDAR-Sensor sprechen. Diese im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung beschriebene
Erfindungsidee und Ausführungsformen der Erfindung
lässt/lassen sich mit den beiden letztgenannten Typen von LIDAR-Sensoren kombinieren.
Eine Lichtemissionsvorrichtung könnte ein System aus LED- Elementen mit einer Blende sein. Auch Ultraschall- oder
Radarsignale sind in diesem Kontext als
Lichtemissionsvorrichtung zu verstehen.
Bevorzugt ist mit dem Wort „Lichtemissionsvorrichtung" ein Laserscanner-System, insbesondere ein LIDAR-Sensor, gemeint. Ein hier bevorzugt verwendeter Infrarot-Laser ( IR-Laserdiode) zeichnet sich durch eine gute Kollimation der
Emissionsstrahlung aus. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet folgende Verfahrensschritte. Zunächst wird ein zu erfassender Raumbereich in der Umgebung der
Lichtemissionsvorrichtung vorgegeben. In vielen Fällen wird dies bereits bei der Herstellung der
Lichtemissionsvorrichtung in derselben implementiert, zum Beispiel durch eine entsprechende Programmierung. So weist beispielsweise ein LIDAR-Sensor ab Werk einen bestimmten Erfassungsbereich auf. Der vorgegebene Raumbereich wird durch Aussenden von Lichtstrahlen durch die
Lichtemissionsvorrichtung in verschiedene Raumrichtungen abgetastet.
Die verschiedenen Raumrichtungen lassen sich mit
unterschiedlichen Koordinatensystemen beschreiben. In den meisten Fällen kommen Polarkoordinaten, also winkelbezogene Koordinaten, zum Einsatz. Jedoch können die Raumrichtungen auch über ein kartesisches Koordinatensystem, also mit x- und y-Komponenten, definiert werden. Prinzipiell auch denkbar ist der Einsatz von Kugelkoordinaten oder anderen
Koordinatensystemen. Auch ein Umschalten von verschiedenen Koordinatensystemen kann je nach Einsatzart des LIDAR-Systems sinnvoll sein und implementiert sein.
Die Steuereinheit steuert den Emitter auf der Basis einer Zufallskomponente an, wodurch der Emitter zu zufälligen
Zeitpunkten Lichtstrahlen in Richtung der Rastereinheit aussendet. Die Rastereinheit lenkt die Lichtstrahlen in die verschiedenen Raumrichtungen um, entlang derer die
Lichtstrahlen die Lichtemissionsvorrichtung verlassen. Mit anderen Worten sendet die Lichtemissionsvorrichtung
Lichtstrahlen nach jedem Zeitschritt in Richtung einer zufälligen Raumrichtung aus.
Die Zeitpunkte, an denen Lichtstrahlen ausgesendet werden, sind zeitlich zufällig, was bedeutet, dass die Zeitpunkte, an denen der Emitter Lichtstrahlen emittiert, stochastisch bzw. zufällig verteilt sind und kein erkennbares regelmäßiges Muster bilden. Mit Zeitschritt ist die Zeitdifferenz zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Lichtpulsen
beziehungsweise zwischen zwei unmittelbar
aufeinanderfolgenden Lichtstrahlen gemeint, wobei die
Zeitdifferenz anhand der Zeitpunkte zu Beginn zweier
unmittelbar aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen, von einem Lichtpeak zum unmittelbar nächsten Lichtpeak oder anderen vorgegebenen Zuständen des Lichts bestimmt werden kann.
Stößt die Lichtemissionsvorrichtung zum Beispiel jede Sekunde einen Lichtimpuls aus (der „Lichtausstoß" benötigt hier zur Vereinfachung quasi keine Zeit) , so wäre der Zeitschritt eine Sekunde. Nach jedem Zeitschritt ergibt sich ein neuer
unmittelbar nachfolgender zufälliger Zeitpunkt, an dem ein Lichtstrahl ausgesendet wird. Die zeitliche Länge der einzelnen Zeitschritte kann unregelmäßig, teilweise zufällig oder komplett zufällig sein.
Der Begriff „zufällig" betrifft in diesem Kontext vor allem die zeitliche Stochastik des Emitters. Durch das
Zusammenwirken des Emitters mit der Rastereinheit ergibt sich als Folge, dass die Lichtstrahlen in unterschiedliche
Raumrichtungen ausgesendet werden, welche man ebenfalls als „zufällig" oder „stochastisch" bezeichnen kann.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Rastereinheit zu bestimmten Zeitpunkten ihre Orientierung zum Emitter ändert oder dass der Emitter nach jedem Zeitpunkt einen anderen Teilbereich der Rastereinheit mit einer anderen
Ausrichtung beleuchtet. Dadurch ergibt sich jeweils eine andere Umlenkung der Lichtstrahlen durch die Rastereinheit und somit ein zufälliges Abtasten der Umgebung der
LichtemissionsVorrichtung .
Soll beispielsweise ein Bereich von 0 bis 20 Grad abgescannt werden, so wird bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren nicht systematisch von 0° bis 20° abgescannt, sondern die
Lichtemissionsvorrichtung sendet nach jedem Zeitschritt beziehungsweise zu dem unmittelbar nachfolgenden Zeitpunkt jeweils Lichtstrahlen in unterschiedliche, stochastisch bestimmte, Raumrichtungen aus. Die Reihenfolge der
Raumrichtungen, in welche die Lichtemissionsvorrichtung die Lichtstrahlen aussendet, beinhaltet wenigstens eine
Zufallskomponente, nämlich das Aussenden von Lichtstrahlen durch den Emitter zu zufälligen Zeitpunkten. Somit wird das π
Schema, mit dem die Lichtemissionsvorrichtung die Umgebung abtastet, bis zu einem gewissen Grad zufällig sein. Diese zufällige Abtastung kann auch als stochastische Abtastung oder zufälliges Abtasten bzw. Abscannen bezeichnet werden. Anstelle des Begriffs Abtasten können ebenfalls die Begriffe Abscannen, Abrastern, Ablichten oder andere sinnverwandte Synonyme verwendet werden. Sie alle meinen dasselbe.
Durch dieses Abtasten mit wenigstens einer Zufallskomponente können sogenannte Aliasing-Artefakte vermieden bzw. zumindest teilweise reduziert werden. Aliasing-Artefakte können
entstehen, wenn das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem verletzt wird .
Würde man beispielsweise bei einer Sinusschwingung mittels einer ungünstigen Messfrequenz lediglich stets den Wellenberg abgreifen, so würde sich für einen Sensor ein konstantes Messsignal ergeben, obwohl die Realität eine Sinusschwingung wäre. Dieses Beispiel zeigt, dass bei ungünstigen Umständen beim Abtasten der Umgebung ein verzerrtes Bild der Realität aufgezeichnet werden könnte. Erfolgt jedoch, wie in den
Verfahrensschritten geschildert, die Abtastung zumindest teilweise stochastisch, so wäre der Fall, dass stets
ungünstig gemessen werden würde, de facto ausgeschlossen. Auch Schwebungs- und Stroboskopeffekte können mittels der teilweisen stochastischen Abtastung durch die
Lichtemissionsvorrichtung wirksam unterbunden bzw. reduziert werden. Darüber hinaus kann die Abtastung mittels der
Zufallskomponente im Algorithmus derart ausgestaltet werden, dass Objekte mit einer höheren Wahrscheinlichkeit schneller detektiert werden können.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit zusätzlich zur Zufallskomponente eine deterministische Komponente verwendet, um den Emitter anzusteuern. Damit kann eine
Abtastfunktion für ein Ansteuerverfahren, mit welchem die Steuereinheit den Emitter ansteuert erzeugt werden, welche neben einer systematischen bzw. deterministischen Komponente zusätzlich eine zufällige Komponente aufweist. Bei dieser Variante kann eine zufällige Klumpung der abgetasteten Punkte der Umgebung wirksam verhindert werden. Theoretisch wäre es bei einem rein zufälligen Abtastschema der Umgebung der
Lichtemissionsvorrichtung möglich, dass sämtliche
Abtastpunkte sich auf einen kleinen Bereich konzentrieren würden. Um dieses „Restrisiko" der Klumpung vollständig auszuschließen, kann es sinnvoll sein, das Abtastschema nicht nur rein zufällig, sondern in Kombination mit einer
deterministischen Komponente vorzunehmen. Damit können die Vorteile einer systematischen und zufälligen Abrasterung der Umgebung kombiniert werden. Somit kann effektiv unterbunden werden, dass bei der Abrasterung der Umgebung der
Lichtemissionsvorrichtung zu große Bereiche komplett
ausgelassen werden. Damit kann verhindert werden, dass große blinde Flecken entstehen können.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Zufallskomponente basierend auf einer echten Zufallszahl und/oder einer Pseudo-Zufallszahl bestimmt wird. Pseudo-Zufallszahlen können mittels Pseudo- Zufallszahlengeneratoren ermittelt werden. Pseudo- Zufallszahlengeneratoren können auf Fibonacci-Reihen
zurückgreifen. Insbesondere kann ein sogenannter Fibonacci- Generator zum Einsatz kommen, um Pseudo-Zufallszahlen zu bestimmen. Der Fibonacci-Generator beinhaltet eine
Vorschrift, welche aus zwei Startwerten eine weitere Zahl, die sogenannte Pseudo-Zufallszahl, erzeugt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Generierung von
Zufallszahlen nicht auf Fibonacci-Reihen beschränkt. Es können auch andere mathematische Methoden, wie zum Beispiel die lineare Konkurrenzmethode, die Quadratmittenmethode, die Hewlett-Packard-Methode oder das Verfahren von D.H. Lehmer zum Einsatz kommen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auf einfache Weise Zufallszahlen bzw. Pseudo-Zufallszahlen erzeugt werden können. Mit dieser Methode können Pseudo- Zufallszahlen mit wenigen Rechenressourcen, also beispielsweise mittels eines Taschenrechners oder eines
Computerchips, erzeugt werden. Grob gesprochen können Pseudo- Zufauszahlen mittels mathematischer Methoden erzeugt werden. Des Weiteren kann die Zufallskomponente basierend auf einer echten Zufallszahl bestimmt werden. Für deren Erzeugung sind insbesondere physikalische Zufallszahlengeneratoren geeignet. Solche physikalische Zufallszahlengeneratoren können auf verschiedenen physikalischen Effekten beruhen. So kann beispielsweise ein thermisches Rauschen eines Widerstands oder ein radioaktiver Zerfallsprozess Grundlage für den physikalischen Zufallszahlengenerator sein. Ein Widerstand weist zum Beispiel nicht stets den exakt gleichen
Widerstandswert auf, dieser Widerstandswert unterliegt gewissen Schwankungen. Diese Schwankungen können bei der Erzeugung von Zufallszahlen anhand des physikalischen
Zufallszahlengenerators berücksichtigt werden.
Damit ist es möglich, das Generieren von Zufallszahlen mit der physikalischen Realität zu koppeln. Bei einem
mathematischen Verfahren, welches Pseudo-Zufauszahlen erzeugt, könnte beispielsweise bei einem Defekt eines
Computerchips die Generation von Pseudo-Zufallszahlen nicht mehr zuverlässig genug sein. Physikalische Schwankungen, wie beispielsweise das Rauschen des Widerstands oder die
Fluktuationen des Erdmagnetfelds sind stets unabhängig von Computern beziehungsweise den hinterlegten Algorithmen und somit per se zufällig. Auch andere physikalisch messbare Größen, wie zum Beispiel Abstände der
Lichtemissionsvorrichtung zu anderen Objekten, Störstrahlung von anderen Objekten, können verwendet werden, um echte
Zufallszahlen für die Zufallskomponente zu erzeugen.
Der Emitter kann Lichtstrahlen aussenden und die
Rastereinheit kann diese Lichtstrahlen in eine andere
Richtung als die ausgesandten Lichtstrahlen umlenken, welche die Lichtemissionsvorrichtung verlassen. Der Emitter kann prinzipiell jede Lichtquelle sein, jedoch wird bevorzugt ein Laserscanner eingesetzt. Die Rastereinheit kann die
Lichtstrahlen durch entsprechende Reflexionen umlenken.
Vorzugsweise besitzt die Rastereinheit teilweise eine ebene Oberfläche, um eine gezielte Reflexion zu ermöglichen. Unter Umständen kann die Rastereinheit auch bereichsweise definiert gekrümmte Oberflächen aufweisen, was zu einer anderen
Reflektion als bei einer ebenen Oberfläche führt. Das heißt, die Lichtstrahlen treffen auf die Rastereinheit auf und werden durch entsprechende Reflexion in ihrer
Ausbreitungsrichtung geändert. Die Rastereinheit kann
insbesondere als eine MEMS-Spiegelsystem (MEMS = Micro- Electro-Mechanical-System) ausgebildet sein. MEMS-Spiegel können in einer oder in zwei Achsen resonant oder nicht- resonant schwingen. Ein MEMS-Spiegelsystem kann auch aus mehreren MEMS-Einzeleinheiten bestehen. MEMS-Spiegelsysteme können auch sequentiell angeordnet sein, wobei die erste MEMS-Einheit um eine, beispielsweise horizontal
ausgerichtete, Achse schwingt, und die reflektierenden
Lichtstrahlen auf ein zweites MEMS-System richtet, deren Schwingungsachse orthogonal zur ersten Schwingungsachse ausgerichtet ist. Mit einer solchen zweistufigen Anordnung kann eine vorgegebene Fläche komplett abgescannt werden (z.B. nach einem Lissaj ous-Verfahren) . Anstelle eines MEMS- Spiegelsystems kann die Rastereinheit zusätzlich oder
alternativ sogenannte Mikrospiegelaktoren (englisch DMD = digital mirror device) aufweisen. DMD-Spiegeleinheiten können zwei definierte diskrete Orientierungen aufweisen und von einer Stellung in die andere übergehen. Dabei sind die MEMS-Spiegel beziehungsweise die Rastereinheit so ausgestaltet, dass die von ihnen reflektierten
Lichtstrahlen die Lichtemissionsvorrichtung verlassen. Damit können Objekte in der Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung mittels der ausgesandten Lichtstrahlen abgetastet werden. Damit kann die Erzeugung der Lichtstrahlen und die Aussendung der Lichtstrahlen in verschiedene Raumrichtungen getrennt werden. Das heißt, in dieser Variante gliedert sich die
Lichtemissionsvorrichtung in zwei Funktionen auf. Der Emitter erfüllt die erste Funktion, nämlich Lichtstrahlen zu
zufälligen Zeitpunkten bereitzustellen. Dies wird mittels der Steuereinheit bewerkstelligt, die sich der Zufallskomponente bedient. Die Rastereinheit beziehungsweise die
Spiegeleinheiten (MEMS-Spiegel) ermöglichen es, diese
Lichtstrahlen in verschiedene Raumrichtungen auszustrahlen. Damit ist es möglich, das Abtasten beziehungsweise Abscannen der Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung flexibler
auszugestalten .
In einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen, dass die Rastereinheit mehrere Spiegeleinheiten aufweist und die Steuereinheit den Emitter aufgrund einer weiteren Zufallskomponente derart ansteuert, dass der Emitter zu zufälligen Zeitpunkten eine zufällig ausgewählte Spiegeleinheit durch Ausstrahlen von
Lichtstrahlen beleuchtet. Die Rastereinheit weist in diesem Beispiel viele kleine Spiegeleinheiten, die MEMS-Spiegel und/oder DMD-Spiegel, auf. Diese MEMS-Spiegel können in einem Array angeordnet sein. Der Emitter wird durch die
Steuereinheit so gesteuert, dass der Emitter zufällig einen einzelnen MEMS-Spiegel auswählt und diesen mit einem
Lichtimpuls anstrahlt. Der jeweilige MEMS-Spiegel, der von dem Emitter beleuchtet würde, wäre in diesem Fall durch die weitere Zufallskomponente zufällig ausgewählt. Die weitere Zufallskomponente umfasst zwei Aspekte.
Zum einen sendet der Emitter zu zufälligen Zeitpunkten
Lichtstrahlen aus, zum anderen wird nach jedem Zeitschritt eine Spiegeleinheit der Rastereinheit zufällig ausgewählt. Dabei können beide Aspekte mittels Pseudo-Zufauszahlen und/oder echten Zufallszahlen verwirklicht werden. Da jede einzelne Spiegeleinheit unterschiedlich ausgerichtet sein kann, ergäbe sich durch das zufällige Beleuchten der
Spiegeleinheiten auch eine zufällige Abrasterung der Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung. Die einzelnen Spiegeleinheiten sind vorzugsweise beweglich ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, Spiegeleinheiten einzusetzen, welche ihre Position relativ zum Emitter nicht verändern. In diesem Fall ist es sinnvoll, genügend Spiegeleinheiten vorzusehen, welche jeweils einen kleinen Raumbereich außerhalb der
Lichtemissionsvorrichtung abdecken. Insgesamt sollte die Gesamtheit der Spiegeleinheiten jeden Raumbereich erfassen, sodass keine zu großen Lücken bei der Abrasterung entstehen.
Ist die Rastereinheit beispielsweise mit mehreren MEMS- Spiegeln ähnlich wie ein Schachbrett aufgebaut, so würde in diesem Beispiel der Emitter das schachbrettartige Muster der MEMS-Spiegel nicht systematisch von links nach rechts beziehungsweise von oben nach unten anleuchten. Die
Steuereinheit würde den Emitter derart ansteuern, dass der Emitter zufällig beispielsweise zunächst den fünften MEMS- Spiegel, daraufhin den 23., den 45. etc. MEMS-Spiegel anleuchtet. Diese MEMS-Spiegel sind vorzugsweise
unterschiedlich ausgerichtet und somit würden die
Lichtstrahlen jeweils in unterschiedliche Raumrichtungen ausgestrahlt werden. Die jeweiligen MEMS-Spiegel sind bevorzugt derart ausgerichtet, dass die
Lichtemissionsvorrichtung unterschiedliche Winkelbereiche abtasten kann.
In einer besonderen weiteren Variante der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen, dass die Rastereinheit durch eine Eigenbewegung ihre relative Orientierung zu dem Emitter zu vorgegebenen Zeitpunkten ändert. Die vorgegebenen Zeitpunkte können auch den zufälligen Zeitpunkten entsprechen. Das heißt, die Aussendung von Lichtstrahlen aus der
Lichtemissionsvorrichtung nach der Umlenkung durch die
Rastereinheit erfolgt in diesem Beispiel nicht nach einem fest vorgegebenen Zeitmuster, sondern die Aussendung der Lichtstrahlen erfolgt zu unterschiedlichen zufälligen
Zeitpunkten. Die Zeitpunkte der Lichtemission sind aufgrund der Zufallskomponente nicht vorhersehbar, also zufällig. Da die Rastereinheit beziehungsweise auch die jeweiligen
Spiegeleinheiten in diesem Beispiel sich bewegen, führen unterschiedliche Zeitpunkte der Ausstrahlung von Lichtstrahlen durch den Emitter in Richtung der Rastereinheit letztendlich zu unterschiedlichen Raumrichtungen der
Lichtstrahlen, die die Lichtemissionsvorrichtung verlassen. Dies liegt daran, dass die Rastereinheit sich bewegt und damit Lichtstrahlen in unterschiedliche Richtungen
reflektiert. Somit kann die Aussendung der Lichtstrahlen aus der Lichtemissionsvorrichtung hinsichtlich der Raumrichtungen zufällig ausgestaltet werden. Da in diesem Beispiel die Rastereinheit beziehungsweise die Spiegeleinheiten regelmäßig ihre Ausrichtungen ändern, ergeben sich auch entsprechend unterschiedliche
Reflexionswinkel. Das heißt, der Reflexionswinkel der
Rastereinheit beziehungsweise der einzelnen Spiegeleinheiten ändert sich mit der Zeit beziehungsweise ist von der Zeit abhängig. Da diese Bewegung der Rastereinheit beziehungsweise der jeweiligen Spiegeleinheiten nicht oder nur sehr schwierig zufällig ausgestaltet werden kann, erfolgt eine zufällige Aussendung von Lichtstrahlen bevorzugt durch den Emitter. Damit kann letztendlich eine zufällige Abrasterung der
Umgebung durch die ausgesandten Lichtstrahlen erreicht werden. Zusätzlich ist es auch möglich, diese Variante mit der zuvor genannten Variante zu kombinieren. Das heißt, der Emitter sendet Lichtstrahlen nicht nur zu zufälligen
Zeitpunkten aus, sondern strahlt dabei auch unterschiedliche Spiegeleinheiten der Rastereinheit zufällig ausgewählt an. Anhand einer Zufallszahl (echte Zufallszahl oder Pseudo- Zufallszahl) könnte nach jedem Zeitschritt eine andere
Spiegeleinheit, die beispielsweise aufgrund ihrer
Eigenbewegung ihre relative Position zum Emitter fortlaufend ändert, ausgewählt werden. Diese anhand der Zufallszahl ausgewählte Spiegeleinheit würde von dem Emitter angestrahlt werden. Damit wäre der Effekt der stochastischen Abtastung neben der zufälligen zeitlichen Aussendung von Lichtstrahlen in Kombination mit der Umlenkung durch die Spiegeleinheiten bzw. Rastereinheit auch zusätzlich über eine anhand mit der Zufallszahl ausgewählten Spiegeleinheit „doppelt"
verwirklicht . In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem einen Detektor aufweist, der Reflexionen der ausgestrahlten Lichtstrahlen empfängt. Eine
Lichtemissionsvorrichtung wird in diesem Fall sinnvollerweise mit einem Detektor ergänzt. Damit kann das Sensorsystem
Lichtstrahlen, welche von einem Objekt reflektiert werden, mittels des Detektors wieder empfangen. Die zufällige
Abrasterung beziehungsweise das zufällige Abtasten der
Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung durch Aussenden der Lichtstrahlen in zufällig bestimmte Winkelsegmente schlägt sich auch in den Informationen, die der Detektor empfängt, nieder. Der Detektor bzw. eine darin angeordnete Optik sammelt die reflektierten Lichtsignale innerhalb seines
Sichtbereichs (englisch FOV = Field of View) auf. Damit kann die zufällige Abrasterung beziehungsweise Abtastung der
Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung erfasst und
gespeichert werden Die so gewonnenen Informationen können im weiteren Verlauf einer Auswertung zugeführt werden.
In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass anhand der durch den Detektor empfangenen Lichtstrahlen mittels einer Dekonvolution ein Gesamtbild erzeugt wird. Mit Dekonvolution bezeichnet man die Umkehrung der sogenannten Faltungsoperation. Dabei handelt es sich um eine mathematische Transformation, die unter anderem in der Signal- und Bildverarbeitung Anwendung findet. Mithilfe einer Dekonvolution kann das vom Detektor empfangene Pixelprofil hinsichtlich seiner Auflösung weiter verbessert werden. Dazu muss jedoch die Spotform, die Form eines Pixels im Fernfeld, also an einem zu scannenden Objekt, hinreichend genau bekannt sein. In den meisten Fällen ist dies bekannt. Bei der
Herstellung eines Laserscanners oder LIDAR-Sensors ist die Form und Art der eingesetzten Lichtstrahlen bekannt. Auch bekannt ist, wie sich diese Lichtstrahlen in der Ferne verhalten. Ein Laserstrahl beispielsweise ist in der Regel gerichtet und kaum divergent. Bei anderen Lichtquellen verlaufen die entsprechenden Lichtstrahlen kegelförmig auseinander. Somit ist ein Pixel im Fernfeld, das Spotlicht, bekannt und diese Information kann bei einer Dekonvolution entsprechend berücksichtigt werden. Dies kann dabei helfen, aus den empfangenen Informationen ein Gesamtbild von besserer Auflösung zu erzeugen.
In einer anderen Variante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass anhand der durch den Detektor empfangenen Lichtstrahlen mittels einer Berechnung von Mittelwerten oder Medianwerten ein Gesamtbild erzeugt wird. Da die Abtastung, Abrasterung beziehungsweise Erfassung der Umgebung der
Lichtemissionsvorrichtung zumindest teilweise zufällig erfolgen kann, können bestimmte Raumbereiche mehrfach
abgetastet worden sein. Das heißt, zu einem bestimmten
Raumgebiet können mehrere Messergebnisse vorliegen. Da jede Einzelmessung mit einer gewissen Schwankung behaftet ist, können durch eine Mehrfachmessung desselben Raumgebiets die Schwankungen, die Fluktuationen beziehungsweise das Rauschen der jeweiligen Messpunkte reduziert werden. Bei einer
entsprechend hohen Anzahl an Messpunkten würde sich das
Rauschen herausmitteln und der wahre Messwert verstärkt zum Vorschein treten. Ist jedoch das Rauschen klein gegenüber einer Messgröße, so kann die Messgröße auch ohne Mittel- oder Medianwertbildung bestimmt werden.
In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtemissionsvorrichtung gepulstes Licht, bevorzugt im Wellenbereich 850 nm < λ <1600 nm, aussendet. Eine Wellenlänge von 905 nm kann beispielsweise von Halbleiter-Laserdioden bereitgestellt werden. Dafür sind Silizium-Germanium-Halbleiter besonders gut geeignet. Sie weisen dabei den Vorteil auf, dass derartige Halbleiter billig herzustellen sind. Ein Galliumarsenid-Halbleiter kann Laserlicht im Wellenlängenbereich um etwa 1500 nm
bereitstellen. Diese Wellenlänge liegt im deutlich nicht sichtbaren Bereich des menschlichen Auges und ein derartiges Laserlicht weist eine geringere Energiedichte auf. Allerdings sind Laserdioden auf Basis von Galliumarsenid deutlich teurer .
In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass anhand der reflektierten Lichtstrahlen in dem vorgegebenen Raumbereich wenigstens ein Teilbereich festgelegt wird, der daraufhin von einem zweiten Sensorsystem untersucht wird. Das heißt, die Lichtemissionsvorrichtung erfasst in dieser Variante durch das zufällige
beziehungsweise stochastische Abtasten der Umgebung
wenigstens einen Teilbereich. Dieser Teilbereich kann
daraufhin von dem zweiten Sensorsystem näher untersucht werden, insbesondere, wenn durch eine erste stochastische Abtastung ein Objekt erfasst wurde. Damit ist es möglich, durch das erste Sensorsystem eine grobe (Raumwinkel-)
Vorauswahl zu treffen, welche daraufhin von einem zweiten Sensorsystem näher betrachtet werden kann. Dies wird in der Regel dadurch bewerkstelligt, dass zwischen den beiden
Sensorsystemen eine Kommunikationsverbindung eingerichtet wird beziehungsweise eingerichtet ist. Die beiden
Sensorsysteme können insbesondere LIDAR-Systeme in einem einzigen Kraftfahrzeug sein. Das zweite LIDAR-System könnte ferner in einem anderen Fahrzeug angeordnet sein. Das heißt, die beiden LIDAR-Systeme sind in unterschiedlichen
Kraftfahrzeugen angeordnet. Das erste LIDAR-System könnte durch eine zufällige Abrasterung beziehungsweise Abtastung seiner Umgebung eine erste Groberfassung der Umgebung vornehmen. Für eine weitere Auswertung oder eine zusätzliche Auswertung könnte das Ergebnis dieser Abrasterung dem zweiten LIDAR-System übermittelt werden. In diesem Fall würde zwischen den beiden Fahrzeugen durch die LIDAR-Systeme eine entsprechende Kommunikationsverbindung eingerichtet. Solche Sensorsysteme bzw. in Form von LIDAR-System können an unterschiedlichen Stellen am Kraftfahrzeug angeordnet sein. Sie können in einem Seitenbereich, einem Front- oder
Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Eine solche direkte Kommunikationsverbindung zwischen zwei Fahrzeugen ist auch unter dem englischen Begriff „Car-to-Car" (Abkürzung: C2C) Verbindung bekannt. Auch ist es möglich, dass das erste Sensorsystem, welches seine Umgebung mittels der Zufallskomponente abtastet, Daten an eine Umgebung, beispielsweise an einen Server, übermittelt. Zudem kann das erste LIDAR-System Daten von einem Server empfangen und diese Daten bei der Abtastung beziehungsweise Auswertung der empfangenen Lichtstrahlen berücksichtigen. Das heißt, die Zufallskomponente, welche das Abrastern beeinflusst, kann in dieser Variante von dem Ergebnis einer Server-Abfrage
abhängig sein. Die genaue Art der Datenübertragung, z.B.
Bluetooth, WiFi, Mobilfunk, etc., ist dabei nur insofern wichtig, dass eine zuverlässige Datenübertragung stattfinden kann. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die übertragenen Informationen zuvor verschlüsselt werden und somit verschlüsselt übertragen werden. Damit kann
datenschutzrechtlichen Einwänden entgegengewirkt werden.
Zudem kann das Sensorsystem bezüglich Hackerangriffen oder Manipulationsversuchen besser geschützt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Sensorsystem mit einer Lichtemissionsvorrichtung einschließlich eines Emitters und einer Rastereinheit bereit, wobei die
Lichtemissionsvorrichtung ausgebildet ist, eine Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung zumindest teilweise zufällig abzutasten. Das Sensorsystem ist zudem ausgebildet, einen vorgegebenen Raumbereich durch Aussenden von Lichtstrahlen in verschiedene Raumrichtungen abzutasten. Das Sensorsystem weist ferner eine Steuereinheit zum Ansteuern der
Lichtemissionsvorrichtung auf, wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass das Abtasten auf der Basis einer
Zufallskomponente erfolgt, durch die der Emitter zu
zufälligen Zeitpunkten Lichtstrahlen in Richtung der
Rastereinheit aussendet und die Rastereinheit die
Lichtstrahlen in verschiedene Raumrichtungen umlenkt, entlang derer die Lichtstrahlen die Lichtemissionsvorrichtung
verlassen. Die in dem Patentanspruch 1 erwähnten Definitionen und Vorteile gelten sinngemäß für diesen
Vorrichtungsanspruch. Dadurch, dass die
Lichtemissionsvorrichtung ausgebildet ist, Lichtstrahlen auszusenden, kann die Lichtemissionsvorrichtung auch als Sender beziehungsweise Sendeeinheit betrachtet werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die
Steuereinheit einen Zufallszahlengenerator aufweist, um
Pseudo-Zufauszahlen und/oder echte Zufallszahlen für die Berechnung der Zufallskomponente zu erzeugen. Die in den vorigen Absätzen geschilderten Verfahren bzw. Methoden zur Berechnung von Zufallszahlen können in einem Computerchip der Steuereinheit integriert sein. Ferner kann es möglich sein, dass die Steuereinheit auf eine externe Recheneinheit
zugreift, um dort abgespeicherte Zufallszahlen abzurufen. Die Steuereinheit kann sich aus mehreren Komponenten
zusammensetzen, wobei eine Komponente dabei der Berechnung von Zufallszahlen dient. Damit ist das Verfahren zur
Berechnung von Zufallszahlen in der Steuereinheit integriert und das zufällige Abtasten kann verzögerungsfrei erfolgen.
Dies ist vermutlich deutlich effizienter, als die Berechnung der Zufallszahlen außerhalb der Steuereinheit durchzuführen. Ein verzögerungsfreier Betrieb der Lichtemissionsvorrichtung kann so besser gewährleistet werden.
Der Emitter kann als eine Lichtquelle ausgebildet sein, die Lichtstrahlen kontinuierlich oder zu bestimmten und/oder zu stochastisch bestimmten Zeitpunkten auszusenden. Das heißt, der Emitter kann durchgehend einen Lichtstrahl aussenden oder zu gewissen Zeitpunkten Lichtimpulse beziehungsweise
Lichtstrahlen emittieren. Die Rastereinheit dient der
Ablenkung der vom Emitter emittierten Lichtstrahlen. Um diese Aufgabe zu bewerkstelligen, ist die Rastereinheit
insbesondere als reflektierende Schicht ausgeführt. Dies kann beispielsweise ein Spiegel sein. Jedoch kann sich die
Rastereinheit in mehrere Spiegeleinheiten, den sogenannten MEMS-Spiegeln, aufteilen. Die hierzu erwähnten Vorteile und Ausführungen in den vorigen Absätzen gelten sinngemäß auch für diesen Vorrichtungsanspruch.
Die Erfindung sieht in einer weiteren Variante vor, dass das Sensorsystem eine Recheneinheit aufweist, die anhand von durch einen Detektor des Sensorsystems empfangenen
Lichtstrahlen ein Gesamtbild erzeugt. Anhand des Gesamtbildes kann eine Klassifizierung der erfassten Objekte erfolgen und somit eine Objekterkennung. Ein Detektor ist in dieser
Variante Teil des Sensorsystems und idealerweise derart angeordnet, dass er die von einem Objekt reflektierten
Lichtstrahlen empfangen kann. Der Detektor kann als Empfänger oder Empfangseinheit der reflektierten Lichtstrahlen
betrachtet werden. Anhand der empfangenen Lichtstrahlen kann ein vorläufiges Bild beziehungsweise Pixelmuster erstellt werden. Mittels der Recheneinheit können diese Informationen zu einem Gesamtbild transformiert werden. Dazu eignen sich beispielsweise das Verfahren der Dekonvolution, die
Mittelwertbildung oder die Medianwertbildung. Die
Recheneinheit kann jedoch auch andere Verfahren aus der Bild¬ oder Signaltechnik bereithalten, um aus den empfangenen
Lichtstrahlen ein Gesamtbild zu generieren. Auch neuronale Netzwerke können hierbei verwendet werden. Eine besonders vorteilhafte Variante der vorliegenden
Erfindung sieht vor, dass die Lichtemissionsvorrichtung ein Laserscanner, insbesondere ein LIDAR-System, ist. Prinzipiell kann die Lichtemissionsvorrichtung ein LED-Element mit einer entsprechenden zugehörigen geschalteten Blende aufweisen. Deutlich vorteilhafter ist jedoch der Einsatz von
Laserscannern beziehungsweise LIDAR-Sensoren als
Lichtemissionsvorrichtung. LIDAR-Systeme finden in vielen technischen Bereichen Anwendung, zum Beispiel im Bereich der Mobilität. LIDAR-Systeme haben üblicherweise eine Reichweite von bis zu etwa 300 Metern, können künftig aber auch längere Reichweiten aufweisen. Anstelle von Laserscannern können jedoch auch Radarsensoren beziehungsweise Ultraschallsensoren eingesetzt werden. Sie können jedoch auch als Hilfssensoren zum Einsatz kommen.
Eine weitere Variante der Erfindung sieht ein mobiles
Fortbewegungsmittel mit einem Sensorsystem vor. Mit dem
Begriff „mobiles Fortbewegungsmittel" sind nicht nur
Fahrzeuge oder andere motorgetriebene Objekte angesprochen. Mobile Fortbewegungsmittel können auch Fahrräder, Schlitten, Kutschen, etc. sein.
In einer speziellen Variante der vorliegenden Erfindung ist als Fortbewegungsmittel ein Fahrzeug vorgesehen. Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein
Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Als Fahrzeug ist hier insbesondere ein Kraftfahrzeug
beziehungsweise ein Auto zu betrachten. Ein LIDAR-System als Sensorsystem hat im Bereich der Automobilbranche ein sehr großes Potential, da dort LIDAR-Systeme hinsichtlich autonom fahrender Fahrzeuge sehr vorteilhaft sind. Ein solches
Sensorsystem kann auch bei fliegenden Fahrzeugen wie zum Beispiel bei einem Hubschrauber, „CityHawk", einem fliegenden Auto, einer Drohne, zum Einsatz kommen.
Das Fahrzeug kann ferner ein Luftfahrzeug, beispielsweise eine Drohne, oder ein wassergebundenes Fahrzeug, zum Beispiel Schiffe, U-Boote, oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein
Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des LIDAR-Systems in einem Lastkraftwagen, Personenkraftwagen oder Kraftrad. Das Fahrzeug kann des
Weiteren als autonomes oder teil-autonomes Fahrzeug
ausgestaltet sein.
Weitere Anwendungsbereiche können beispielsweise Scheinwerfer für Effektlichtbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, AI1gerneinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung, Horticulture (Pflanzenbeleuchtung), etc. sein. In einer weiteren Variante der Erfindung weist das Fahrzeug ein weiteres Fortbewegungsmittel auf, welches in einem stationären Zustand an dem Fahrzeug angeordnet ist und in einem Aktivierungszustand räumlich nicht in physischer
Verbindung mit dem Fahrzeug steht. Dies kann beispielsweise eine Drohne sein, die auf einem Dach eines Autos angeordnet ist. Die Drohne könnte zum Beispiel das erfindungsgemäße Sensorsystem aufweisen. Im stationären Zustand wäre die
Drohne mit dem Dach verbunden. Dies könnte beispielsweise magnetisch erfolgen. In diesem Zustand könnte die Drohne als stationärer LIDAR-Sensor zum Einsatz kommen, wobei dieser LIDAR-Sensor an der Drohne nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren arbeitet.
Soll beispielsweise ein Bereich untersucht werden, der von dem Fahrzeug nicht erreicht werden kann, so kann die Drohne in einen Aktivierungszustand versetzt werden. Dies bedeutet insbesondere, dass sich die Drohne von dem Fahrzeug löst und eigenständig in Bewegung setzt. Mit anderen Worten fliegt die Drohne von dem Fahrzeug weg und kann so für das Fahrzeug unzugängliche Bereiche ansteuern. Da die Drohne in diesem Beispiel das erfindungsgemäße Sensorsystem, insbesondere einen LIDAR-Sensor, aufweist, kann es für das Fahrzeug unzugängliche Bereiche dennoch untersuchen. Diese
Informationen, welche in diesem Beispiel ein in oder an der Drohne angeordneter Detektor empfängt, können zum einen durch die Drohne direkt ausgewertet werden oder diese Informationen können zu einer Recheneinheit, die in dem Fahrzeug angeordnet ist, übertragen werden. Dort kann die Recheneinheit des Fahrzeugs die empfangenen Informationen auswerten und ein Gesamtbild erstellen. Es ist also möglich, die Recheneinheit im oder am Fahrzeug oder bei der Drohne anzuordnen. Vorteilhaft ist diese Herangehensweise beispielsweise bei Polizeifahrzeugen. Polizeifahrzeuge werden unter anderem in Fällen im Zusammenhang mit einer Verbrechensbekämpfung, einem Industrieunfall und/oder einer Katastrophensituation
eingesetzt. Dabei können sich Szenarien ergeben, in denen ein unübersichtliches und unter Umständen gefährliches Gelände untersucht werden soll. In diesem Fall ist es äußerst vorteilhaft, anstatt eines Menschen eine Drohne mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem einzusetzen. So können
Informationen über ein unbekanntes Gebiet ohne Gefährdung von Menschenleben gewonnen werden.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dar. Dabei ist zu beachten, dass die geschilderten Merkmale nicht nur in den beschriebenen
Merkmalskombinationen, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen technisch sinnvollen Kombinationen realisiert werden können. Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen: eine schematische Darstellung eines Sensorsystems mit einer Lichtemissionsvorrichtung und einem
Detektor sowie einem Objekt vor dem Sensorsystem; ein beispielhaftes Rasterbild gemäß einer systematischen Abtastung der Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung; und eine beispielhafte Darstellung eines Rasterbildes gemäß der erfindungsgemäßen, teilweise zufälligen Abrasterung der Umgebung der
LichtemissionsVorrichtung .
Fig. 1 zeigt beispielhaft, wie ein Sensorsystem 5 aufgebaut sein kann. Das Sensorsystem 5 weist eine
Lichtemissionsvorrichtung 3 sowie einen Detektor 4 auf. Vor dem Sensorsystem 5 sei ein Objekt 9 angeordnet. Die Lichtemissionsvorrichtung 3 kann technisch unterschiedlich verwirklicht sein. Sie kann beispielsweise als Laserscanner, als LIDAR-Scanner, als Radar-Scanner, als Lichtquelle mit einer davor geschalteten Blende oder als Ultraschallscanner ausgeführt sein. Die Lichtquelle kann durch eine LED
realisiert sein.
Die LED kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount")
montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4,
Metallkernplatine, etc.) befestigt sein ("CoB" = Chip on Board) . Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung
ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer
Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische
LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten
Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich
vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder
infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt werden Lichtquellen eingesetzt, die gepulstes, idealerweise monochromatisches Licht
aussenden. Dies sind bevorzugt Laser, ganz besonders
Infrarot-Laser im Wellenlängenbereich von 850 nm bis 1600 nm.
In diesem Fall stellt die Lichtemissionsvorrichtung 3
bevorzugt ein LIDAR-System dar. Die Lichtemissionsvorrichtung 3 weist in diesem Beispiel einen Emitter 1 sowie eine bewegbare Rastereinheit 2 auf. Die Rastereinheit 2 kann ihrerseits mehrere Spiegeleinheiten aufweisen. Im Bereich der LIDAR-Technologie sind diese Spiegeleinheiten häufig als MEMS-Spiegel ausgeführt. Diese MEMS-Spiegeleinheiten sind bevorzugt bewegbar entlang wenigstens einer Achse ausgeführt. Damit kann mithilfe der MEMS-Spiegel eine Rasterbewegung in horizontaler Richtung erreicht werden. Die dabei ausgeführte Frequenz, die sogenannte Rasterfrequenz, beträgt bevorzugt im Bereich der LIDAR-Technologie mindestens 2 Kilohertz. Diese wurde in diesem Beispiel willkürlich ausgewählt, generell ist es sehr vorteilhaft, wenn die Rasterfrequenz so groß ist, dass innerhalb einer Periode die Abstände zu umgebenden
Objekten 9 quasi-statisch sind. Bei einer kleineren
Rasterfrequenz könnte eine korrekte Bewertung des
Umgebungsbildes, speziell von sich schnell bewegenden
Objekten, in einer nachgelagerten Auswertung schwierig werden .
Dazu kurz eine Betrachtung der Größenordnungen: Bei einer Geschwindigkeit bzw. Relativgeschwindigkeit zweier Objekte 9 von v = 130 km/ h werden pro Sekunde etwa 36 m zurückgelegt, was wiederum einer Geschwindigkeit von v = 36 mm/ ms= 36 mm kHz entspricht. Da die Genauigkeit der Entfernungsmessung eines LIDAR-Systems für Fahrzeuganwendungen üblicherweise im Bereich von d ~ ±30 mm angegeben wird, ist für Scanfrequenzen fR~l kHz die Bedingung der Quasi-Stationarität innerhalb einer Rasterperiode hinreichend erfüllt. Für noch höhere Anforderungen an die Messgenauigkeit kann die Scanfrequenz fR zu höheren Werten hin angepasst werden. Die Größe eines
Sichtbereiches 10 bzw. -winkels ist für die Diskussion unerheblich .
Des Weiteren wird in diesem Beispiel von einer idealisierten, linearen Trajektorie des Spiegels ausgegangen, was in einem realen System jedoch nur in einem Teilbereich der
Rasterwinkels möglich sein wird. Für die erfinderische Idee macht dieses jedoch keinen prinzipiellen Unterschied, da eine nichtlineare Spiegeitraj ektorie grundsätzlich durch eine Anpassung des Pulstimings korrigiert werden kann, beispielsweise bei einer stochastischen Taktung der Messpulse durch eine Superposition einer analytischen Funktion und einer Zufallszahl oder - im Fall einer reinen Zufallszahl als Taktquelle - durch eine zur Trajektorie synchronen Skalierung der normierten Zufallsvariablen. Das heißt, eine
Steuereinheit 13 kann die Lichtimpulse zeitlich gesteuert aussenden. Diese zeitliche Steuerung durch die Steuereinheit 13 kann insbesondere gemäß der erwähnten Superposition erfolgen.
Der Emitter kann eine einzelne Einheit sein, welche
Lichtstrahlen, Lichtimpulse beziehungsweise Lichtquanten ausstrahlt oder aussendet. Der Emitter 1 kann sich jedoch auch aus mehreren einzelnen Emittern 1 zusammensetzen. In diesem Ausführungsbeispiel wird jeder einzelne Emitter 1 bevorzugt mit einer Pulsrate von 10 Kilohertz angesteuert. Diese Pulsrate ist eine Konstante, welche durch die
thermische Belastbarkeit des Emitters bestimmt wird. Es ist sehr vorteilhaft, diese Pulsrate im Mittel einzuhalten, da ansonsten der Emitter 1 durch zu hohe thermische
Beanspruchungen in Mitleidenschaft gezogen werden könnte. Entscheidend ist hierbei die Einhaltung der Pulsfrequenz im Mittel, das heißt, kurzfristige Überschreitungen dieser
Pulsfrequenz sind dennoch möglich. Es kann jedoch
erforderlich sein, eine minimale Totzeit zu erzwingen. Das bedeutet, die Pulsfrequenz kann einen Grenzwert aufweisen, der nicht überschritten werden darf. Ein solcher Grenzwert könnte beispielsweise bei 40 Kilohertz liegen.
Der Emitter 1 strahlt Lichtstrahlen 6 beziehungsweise
Messpulse aus. Die Häufigkeit der ausgesandten Messpulse pro Zeiteinheit wird durch die Pulsfrequenz angegeben. Neben der Pulsfrequenz beziehungsweise Pulsrate kann auch die Pulsdauer beziehungsweise Pulslänge wichtig sein. Sie liegt in den meisten Fällen zwischen 1 ns (Nanosekunde) und 100 ns . LIDAR- Systeme weisen häufig eine Pulslänge von etwa 10 ns auf. Jedoch ist für die erfindungsgemäße Idee die Pulslänge beziehungsweise Pulsform nicht relevant.
In diesem Beispiel kann die Steuereinheit 13 sowohl den
Emitter 1 als auch die Rastereinheit 2 ansteuern. Die
Steuereinheit 13 kann beispielsweise bewirken, dass der
Emitter 1 zu Zeitpunkten Lichtstrahlen 6 emittiert, die nicht vorhersehbar sind, also zufällig sind. Da in diesem Beispiel die Rastereinheit 2 beziehungsweise die dazugehörigen MEMS- Spiegel bewegbar ausgeführt sind und sich fortlaufend
bewegen, führt dies bei den emittierten Lichtstrahlen 6 dazu, dass diese Lichtstrahlen 6 durch die Rastereinheit 2 in unterschiedliche Raumrichtungen, insbesondere also in nicht komplett vorhersehbare Raumwinkel α umgelenkt werden. Da das Emittieren der Lichtstrahlen 6 durch den Emitter 1 in
Kombination mit der Rastereinheit 2 in zufälliger Weise erfolgt, ergibt sich auch eine zufällige räumliche Verteilung der Lichtstrahlen 6, die durch die Rastereinheit 2 umgelenkt wurden. Idealerweise sind die Bewegungen der jeweiligen
Spiegeleinheiten, der MEMS-Spiegel , so ausgeführt, dass unterschiedliche Raumwinkel durch die umgelenkten
Lichtstrahlen 6 abgedeckt werden. Dadurch würde sich selbst bei einem einzigen MEMS-Spiegel, der sich fortlaufend bewegt, ein zufälliges Abtastmuster ergeben. Die Lichtstrahlen 6 würden in zufälliger Weise in nicht vorhersehbaren Raumwinkel die Lichtemissionsvorrichtung 3 verlassen.
Das zufällige Aussenden von den Lichtstrahlen 6 in
unterschiedliche Raumwinkel kann auch über eine zufällige Bestrahlung unterschiedlicher Spiegeleinheiten der
Rastereinheit 2 erfolgen.
Ist von zufälligem Ausstrahlen oder Abtasten die Rede, so ist damit gemeint, dass die Lichtstrahlen 6 die
Lichtemissionsvorrichtung 3 in unterschiedliche
Raumrichtungen verlassen und dabei zugleich sich die
Raumrichtungen, entlang derer sich die Lichtstrahlen 6 fortbewegen, zufällig ändern können. Damit soll ein ^
vorgegebener Raumbereich nicht vollständig systematisch, sondern zumindest teilweise stochastisch abgescannt werden. Sind mehrere MEMS-Spiegel oder DMD-Spiegel vorhanden, die sich unterschiedlich zueinander bewegen oder unterschiedlich zu dem Emitter 1 angeordnet sind, so kann ein zufälliges Abrastern der Umgebung wie folgt erreicht werden.
Die Steuereinheit 13 steuert den Emitter 1 so an, dass dieser zu zufälligen Zeitpunkten Lichtstrahlen 6 aussendet. Diese Lichtstrahlen 6 treffen auf die Rastereinheit 2, welche sich relativ zum Emitter 1 bewegt bzw. zu bestimmten Zeitpunkten ihre relative Position zu dem Emitter 1 ändert. Die
Rastereinheit 2 bzw. die MEMS-Spiegel könnten zum Beispiel schwingen. Diese Schwingung könnte dabei auch entlang
mehrerer Achsen stattfinden. Dadurch können die Lichtstrahlen 6 in zufällige Raumrichtungen ausgestrahlt werden. Somit ergäbe sich eine Abrasterung mit einer Zufallskomponente. Daneben kann die Rastereinheit 2 sich aus mehreren MEMS- Spiegeleinheiten zusammensetzen. Der Emitter 1 wird in diesem Beispiel durch die Steuereinheit 13 so angesteuert, dass der Emitter 1 einen MEMS-Spiegel zufällig zum Bestrahlen
auswählt. Dabei weisen die jeweiligen MEMS-Spiegel
unterschiedliche Orientierungen auf. Das heißt, eine
zufällige Auswahl von MEMS-Spiegeleinheiten führt in diesem Beispiel zu zufälligen Raumrichtungen der Lichtstrahlen 6, welche die Lichtemissionsvorrichtung 3 verlassen.
Das heißt, nach jedem Zeitschritt kann eine andere MEMS- Spiegeleinheit der Rastereinheit 2 durch den Emitter 1 beleuchtet werden. Die Sequenz der beleuchteten MEMS- Spiegeleinheiten kann dabei insbesondere auch zufällig erfolgen. Somit kann das zufällige Abscannen der Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung 3 zum einen durch eine zufällige Zeitsequenz erfolgen, welche eine zufällige Verteilung von Zeitpunkten aufweist, an denen der Emitter 1 Lichtstrahlen 6 aussendet. Durch entsprechende Eigenbewegungen der
Rastereinheit 2 wird das zu zufälligen Zeitpunkten
ausgesandte Lichtsignal beziehungsweise die ausgesandten n λ
Lichtstrahlen 6 dann in zufällige Raumrichtungen,
insbesondere zu verschiedenen Raumwinkel , umgelenkt. Das zufällige Abrastern der Umgebung kann zusätzlich oder
alternativ dadurch erfolgen, dass die Steuereinheit 13 den Emitter 1 derart ansteuert, sodass dieser nach jedem
Zeitschritt unterschiedliche Spiegeleinheiten anstrahlt.
Dadurch, dass bei der Rastereinheit 2, die eine Vielzahl von MEMS-Spiegeln beispielsweise in einem Array aufweist, nicht bekannt ist, welcher MEMS-Spiegel zum nächsten Zeitpunkt beleuchtet wird, ergibt sich somit ein zufälliges Abrastern der Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung 3.
Das Sensorsystem 5 weist in Fig. 1 neben der
Lichtemissionsvorrichtung 3 einen Detektor 4 auf. Dieser Detektor 4 weist wiederum eine Optik 7 mit einem
nachgelagerten Lichtsensor 15 sowie eine Recheneinheit 8 auf. Die Optik 7 erfüllt in diesem Beispiel die Funktion eines Empfängers. Der Lichtsensor 15 ist insbesondere für
sichtbares Licht empfindlich, kann aber auch IR-Licht bzw. UV-Licht wahrnehmen. Die von der beweglichen Rastereinheit 2 umgelenkten Lichtstrahlen 6 treffen über zufällige Raumwinkel auf das Objekt 9. Diese Lichtstrahlen 6 werden am Objekt 9 zumindest teilweise reflektiert und die reflektierten
Lichtstrahlen 6X können über den Sichtbereich 10 des
Detektors 4 die Optik 7 erreichen. Die von der Optik 7 registrierten reflektierten Lichtstrahlen 6 können als ein Rasterbild 12 zusammengefasst werden und von der
Recheneinheit 8 ausgewertet und weiterverarbeitet werden. Das in Fig. 1 gezeigte Sensorsystem 5 kann insbesondere als
LIDAR-System ausgeführt sein, welches in Verbindung mit einem Fahrzeug eingesetzt wird. Dabei kann eine Drohne an dem
Fahrzeug angeordnet sein, welche das Sensorsystem 5
beinhaltet. Eine solche Drohne könnte sich aktivieren, sich von dem Fahrzeug lösen und selbstständig Messungen in
Bereichen vornehmen, welche das Fahrzeug nicht erreichen kann. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass die Drohne über eine Kommunikationsschnittstelle verfügt, mittels derer die aus den Messungen gewonnenen Informationen an das
Fahrzeug übertragen werden können. In diesem Fall ist am Fahrzeug ebenfalls eine entsprechende
Kommunikationsschnittstelle vorhanden. Mithilfe dieser
Kommunikationsschnittstellen können auch Daten von anderen externen LIDAR-Systemen oder Netzwerken empfangen werden.
Ebenso können Daten an andere LIDAR-Systeme oder Netzwerke gesendet werden. Durch das Prinzip der zufälligen Abrasterung beziehungsweise Abtastung der Umgebung mit Lichtstrahlen 6 können sich verschiedene Vorteile ergeben. Ein Vorteil besteht darin, dass sogenannte Aliasing-Artefakte effektiv verhindert werden, wenigstens aber deutlich reduziert werden. Dies wird anhand der Fig. 2 und 3 besonders deutlich. Die Fig. 2, welche den Stand der Technik darstellt, zeigt das Rasterbild 12 mit mehreren reflektierten Pixeln 11. In diesem Beispiel sind vier sukzessive Zeitpunkte, nämlich tl, t2, t3 und t4, dargestellt. Zu diesen Zeitpunkten tl, t2, t3 und t4 registriert der Detektor 4 unterschiedliche Bildpunkte 11. In diesem Beispiel soll in der Mitte ein Brückenpfeiler 9λ und weiter rechts ein Verkehrszeichen 9 angeordnet sein. Zum Zeitpunkt t2 werden ebenfalls vom Detektor 4 verschiedene Bildpunkte 11 registriert. Man kann gut erkennen, dass im Zeitpunkt t2 die registrierten Bildpunkte 11 um eine
Pixeleinheit nach rechts verschoben sind. Zum Zeitpunkt t3 sind die Bildpunkte 11 wiederum um einen Pixel nach rechts verschoben. Analog gilt dies auch für den Zeitpunkt t4. Zum Zeitpunkt t4 sind die Bildpunkte 11 um drei Pixel nach rechts verschoben. Das heißt, in diesem Beispiel erfolgte die
Abtastung der Umgebung nach einem deterministischen, fest vorgegebenen Schema. Zum Zeitpunkt tl wurde mit einer
Abtastung gestartet, welche zu jedem Zeitpunkt tl, t2, t3 und t4 um einen Pixel nach rechts verschoben wurde. Nach dem vierten Zeitpunkt t4 können die gesammelten Informationen zusammengeführt werden. Dies könnte bedarfsweise auch zu einem früheren Zeitpunkt erfolgen. Diese Zusammenführung ist durch die Pfeile im linken Bereich angedeutet und ergibt ein Gesamtbild 14. Wie man erkennt, wird zu jedem Zeitpunkt tl, t2, t3 und t4 der Brückenpfeiler 9 zuverlässig erkannt. Da der Brückenpfeiler 9λ relativ breit ist im Vergleich zum Verkehrszeichen 9λ λ, ist eine Detektion des Brückenpfeilers 9X leichter möglich als die des Verkehrszeichens 9λ λ. Jedoch ist auch deutlich zu erkennen, dass das Verkehrszeichen 9 λ erst zum Zeitpunkt t4 detektiert wird.
Hätte man im Beispiel der Fig. 2 (Stand der Technik) in diesem Fall das Abscannen der Umgebung bereits nach dem dritten Zeitpunkt t3 abgebrochen, so hätte man das
Verkehrszeichen 9λ λ überhaupt nicht erfasst. Es können mehrere Szenarien und Fälle auftreten werden, in denen eine systematische Abtastung der Umgebung das Objekt 9 erst nach einer hinreichend großen Anzahl von Zeitschritten zuverlässig erkennt. Würde ein Auto beispielsweise seine Umgebung
systematisch von links nach rechts abscannen, so würde ein am rechten Rand befindliches Objekt 9 erst am Ende des
Scanvorgangs detektiert werden. Bei zeitkritischen Vorgängen, wie zum Beispiel bei einer Fußgängererkennung, kann eine solche zeitliche Verzögerung erhebliche Auswirkungen haben. Erfolgt das Abtasten nach einem systematischen Schema und weist dieses Schema einen systematischen Fehler auf, so würde sich dieser Fehler auch in Form von zu spät oder nicht erkannten Objekten 9 niederschlagen.
Im Gegensatz zu Fig. 2 zeigt die Fig. 3 ein Rasterbild 12, welches durch Abrasterung mit einer Zufallskomponente von der Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung 3 erzeugt wurde. Die Verteilung der jeweiligen Bildpunkte 11 folgt dabei keinem fest vorgegebenen Muster. Um jedoch eine Abrasterung zu vermeiden, welche sich lediglich auf einen bestimmten
Teilbereich beschränkt, kann es sinnvoll sein, die
Zufallskomponente mit einer deterministischen Komponente zu kombinieren. So kann verhindert werden, dass bei einer rein zufälligen Abrasterung eine sogenannte Klumpenbildung erfolgt und bestimmte größere Bereiche gar nicht abgetastet werden. Sogenannte „weiße oder blinde Stellen" können so verhindert werden. Im Beispiel der Fig. 3 werden beide Objekte, das Verkehrszeichen 9λ λ sowie der Brückenpfeiler 9 bereits zum Zeitpunkt tl detektiert. Zwar ist zum Zeitpunkt tl noch nicht die vollständige Ausdehnung der jeweiligen Objekte 9 bekannt, jedoch kann anhand der erfassten Bildpunkte 11 darauf
geschlossen werden, dass im rechten Bereich des
Detektionsbereichs das Objekt 9 vorhanden ist. Im Beispiel von Fig. 2 erfolgte dies erst zum Zeitpunkt t4. Durch diese zufällige Abrasterung kann auch verhindert werden, dass im Rasterbild 12 und im späteren Gesamtbild 14 sogenannte
Aliasing-Artefakte auftauchen. Dies wäre beispielsweise dann möglich, wenn das Sensorsystem 5 bei einem gehenden Fußgänger durch die systematische Abrasterung stets nur den
Zwischenraum zwischen beiden Beinen des Fußgängers abscannt. Dieses Beispiel verdeutlicht das Prinzip der Aliasing- Artefakte, wie oben beschrieben.
Anhand eines zufälligen Abtastens oder Abscannens der
Umgebung könnte effektiv verhindert werden, dass im Beispiel des vorbeigehenden Fußgängers stets nur der Zwischenraum zwischen seinen Beinen erfasst werden würde, was bedeutet, dass der Fußgänger vom Sensorsystem 5 unerkannt bliebe. Der vorbeigehende Fußgänger kann mit höherer Wahrscheinlichkeit durch das Rasterbild 12 gemäß Fig. 3 erkannt werden. Zudem können, wie in Fig. 3 gezeigt ist, bestimmte Bereiche
mehrfach durch das zufällige Abtasten der Umgebung der
Lichtemissionsvorrichtung 3 erfasst werden. In diesem Fall kann an einigen Stellen eine höhere Auflösung generiert werden. Mittels einer Mittelwert- oder Medianberechnung kann der Signal-Rausch-Abstand verbessert werden. Damit können Bilder bereits zu einem früheren Zeitpunkt ausgelesen werden, welche aber bereits den gesamten Sichtbereich 10, wenn auch mit Lücken, abdecken. Dies kann im Falle einer zeitkritischen Erkennung von Objekten 9, wie zum Beispiel Kindern oder bei Fußgängern, von großem Vorteil sein. Eine zeitkritische
Messung bzw. Erkennung von Objekten 9 kann insbesondere dann vorliegen, wenn die Abstände zum Objekt 9 klein sind und/oder das Objekt 9 sich schnell bewegt und/oder sich das Sende- Fahrzeug schnell dreht bzw. rotiert, zum Beispiel bei einer engen Kurvenfahrt oder bei einem Umdrehmanöver.
Ist das zumindest eine Objekt 9λ oder 9λ λ erfasst und/oder erkannt, so kann eine Objektklassifizierung vorgenommen werden, um dann beispielsweise ein mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem 5 ausgestatteten Fahrzeug einfach beispielsweise in Abhängigkeit von der Objektklasse zu steuern. Ist ein Kraftfahrzeug zum Beispiel mit dem Sensorsystem 5
ausgestattet, so kann es den Brückenpfeiler 9Λ sowie das Verkehrszeichen 9λ λ erkennen. Darüber hinaus kann die
Objektklassifizierung, welche die Recheneinheit 8
bewerkstelligen kann, den Typ des Verkehrszeichens 9λ λ sowie dessen Inhalt erkennen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Recheneinheit 8 erkennt, dass das Verkehrszeichen
9 λ eine Geschwindigkeitsbegrenzung anzeigt und den Grenzwert für die Geschwindigkeit erfasst. Diese Informationen können im weiteren Verlauf einer anderen Steuerung des
Kraftfahrzeugs übermittelt werden.
Vorzugsweise sind bei der Objektklassifizierung mehrere
Objektklassen vorgesehen, wobei dann ein erfasstes Objekt, insbesondere durch die Recheneinheit 8 bzw. eine
Datenauswerteeinheit , in eine der Objektklassen eingeordnet wird. Dies hat den Vorteil, dass die Datenauswerteeinheit oder Recheneinheit 8 Objekte nicht jedes Mal neu
identifizieren muss. Für eine jeweilige Objektklasse kann dann vorteilhafterweise eine bestimmte Fahrzeugregelung vorgehalten werden. Beispielsweise kann eine Über- Objektklasse vorgesehen sein, die für Objekte, wie zum
Beispiel für das Verkehrszeichen 9λ Λ, vorgesehen ist, die sich innerhalb eines bestimmten Kreis oder Sektor oder Radius - ausgehend vom aktuellen Standort eines Fahrzeuges - bewegen und/oder stationär angeordnet sind. Damit kann die Erkennung von Verkehrszeichen 9, v sowie die Erfassung deren jeweiligen Informationsgehalt beschleunigt werden. Des Weiteren kann eine weitere Über-Obj ektklasse vorgesehen sein, die für bewegbare Objekte vorgesehen ist, die sich in einem größeren Bewegungsradius oder größeren Radius oder größeren Kreis oder größeren Sektor im Vergleich zur zweiten Objektklasse bewegen. Selbstverständlich können noch weitere Objektklassen vorgesehen sein. Die Datenauswerteeinheit bzw. die Recheneinheit 8 können somit zur Objekterkennung und Objektklassifizierung eingesetzt sein.
Ein solches Sensorsystem 5, ausgeführt als LIDAR-System, kann am Fahrzeug aufgehängt sein oder in einem Scheinwerfer integriert sein. Vorzugweise ist das Sensorsystem 5 im vorderen Bereich des Fahrzeugs angeordnet. Damit ist eine effektive Objekterfassung in Fahrtrichtung möglich.
Sensorsysteme 5 können aber auch seitlich oder hinten am Fahrzeug angeordnet sein, sowie oben auf dem Fahrzeugdach. Im Zusammenwirken aller Sensorsysteme lässt sich ein Rundumbild- Bild generieren. Der Detektor 4 kann in Form eines
Einzeldetektors oder in Kombination mit mehreren Detektoren ausgeführt sein. Ebenso kann der Emitter 1 als Einzelemitter oder als eine Kombination von mehreren einzelnen Emittern 1 ausgeführt sein. Mehrere einzelne Emitter 1 können in
vertikaler Richtung zellenförmig angeordnet sein. Innerhalb der Lichtemissionsvorrichtung 3 können mehrere Emitter 1 übereinander angeordnet sein. So können beispielsweise vier einzelne Emitter 1 direkt übereinander angeordnet sein, sodass die vier Emitter 1 eine Gerade bilden.
Die Anordnung mehrerer Emitter 1 kann auch horizontal
ausgeführt sein. Bei einem Fahrzeug könnten beispielsweise entlang der Stoßstange mehrere einzelne Emitter 1 angeordnet sein. Sie können beispielsweise im Bereich eines linken
Scheinwerfers, eines rechten Scheinwerfers sowie dazwischen angeordnet sein. Dabei ist es nicht zwingend nötig, dass die Emitter 1 auf derselben Höhe platziert sind. Insbesondere können die Emitter 1 entlang der Stoßstange oder darunter angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass in der
Lichtemissionsvorrichtung 3 mehrere Emitter 1 horizontal nebeneinander platziert sind. Auch hier ist es nicht unbedingt nötig, dass alle Emitter 1 dieselbe geodätische Höhe aufweisen. Sind an einem Fahrzeug entlang der Stoßstange beispielsweise vier einzelne Emitter 1 angeordnet und werden diese zeitlich sequentiell zueinander angesteuert, so kann daraus der Detektor 4 eine Auflösung von vier Pixeln
erzeugen. Das heißt, jeder einzelne Emitter 1 könnte einer bestimmten Höhe zugeordnet werden. Damit wäre es möglich, anhand der reflektierten Lichtstrahlen 6 λ neben der
Winkelinformation zusätzlich eine weitere Rauminformation, die vertikale Höhe, zu extrahieren.
Werden mehrere Emitter 1 miteinander kombiniert, so können diese synchron zueinander, aber bezogen auf die
Rasterbewegung zufällig, getaktet sein. Dadurch steht pro adressiertem Raumwinkel cx die vierfache Emitterleistung zur Verfügung, was entsprechend die Detektionsreichweite des Sensorsystems 5 erhöht.
Die beispielhaft erwähnten vier Emitter 1 können auch
zeitversetzt zueinander getaktet werden. Die Zeitabstände zwischen den einzelnen Lichtimpulsen innerhalb dieser
Vierergruppe aus vier einzelnen Emittern 1 kann sowohl konstant als auch zufällig gewählt sein. In beiden Fällen kann die Totzeit, also das Zeitintervall bis zum nächsten Sendeimpuls, eines einzelnen Emitters 1 nach dem Aussenden eines Lichtstrahls 6 auf Systemebene reduziert werden. In diesem Beispiel würde sich die Totzeit um den Faktor 4 reduzieren, da hier eine Gruppe von vier Emittern 1 vorhanden ist .
Diese beiden beispielhaft dargestellten Betriebsmodi des Sensorsystems 5 können im laufenden Betrieb auch
untereinander wechseln. So kann beispielsweise bei hohen Geschwindigkeiten die Detektionsreichweite erhöht werden oder beispielsweise im dichten Verkehr die Auflösung bei geringen Abständen gesteigert werden. Durch eine intelligente, insbesondere Ob ekt-abstandsbasierte, Steuerung der
Steuereinheit 13 kann sinnvoll zwischen diesen beiden Betriebsmodi umgeschaltet werden. In Verbindung mit der
Recheneinheit 8 kann anhand der vom Empfänger 7 gewonnenen Informationen das Gesamtbild 14 erzeugt werden, welches einmal ein niedrig auflösendes Bild in einer großen
Entfernung bereitstellt oder im Nahbereich des Fahrzeugs ein höher aufgelöstes Bild berechnet. Das heißt, je nach
Anforderung könnte entweder ein schwach aufgelöstes Bild aus der Ferne bereitgestellt werden oder ein besser aufgelöstes Bild aus dem Nahbereich des Fahrzeugs beziehungsweise des Sensorsystems 5.
Die vorliegende Erfindung kann auch im Zusammenhang mit einem sogenannten Lissaj ous-Scanner eingesetzt werden. Ein
Lissaj ous-Scanner ist ein Rasterspiegel, der in beiden Achsen resonant oder nicht-resonant betrieben wird. Damit ist die Bewegungskurve jeder Achse sinusförmig, die Trajektorie eines damit abgelenkten Lichtstrahles 6 bilden damit Lissajous- Muster. Diese Lissaj ous-Muster weisen die Eigenschaft auf, dass nicht jeder Raumwinkel gleich häufig getroffen wird. In Verbindung mit der stochastischen Taktung der Messpulse beziehungsweise der Lichtstrahlen 6 hätte man hier die
Möglichkeit, die Verteilungsfunktion der Zufallszahlen so zu wählen, dass die im Zeitmittel nicht gleichmäßige
Ausleuchtung des Sichtbereichs 10 durch einen Lissajous- Scanner kompensiert werden könnte.
Eine besonders vorteilhafte Form der vorliegenden Erfindung ergibt sich, wenn das erfindungsgemäße Sensorsystem 5 mit einem zweiten Sensorsystem kombiniert wird. Das erste
Sensorsystem 5 funktioniert insbesondere gemäß dem
Zufallsprinzip, welches auf der Zufallskomponente beruht. Das heißt, das Sensorsystem 5 tastet seine Umgebung durch eine zufällige Ausstrahlung von Lichtstrahlen 6 in zufällig auftretenden Raumwinkel ab. Dabei kann der Fall auftreten, dass Objekte 9 früher detektiert werden als bei einer
systematischen Abrasterung der Umgebung. Im Beispiel der Fig. 3 wurde bereits zum Zeitpunkt tl festgestellt, dass sich zwei Objekte 9, nämlich der Brückenpfeiler 9λ und das Verkehrszeichen 9 λ, im Sichtbereich 10 des Detektors 4 befinden. Diese Information, also die erfassten Positionen der detektierten Objekte 9, kann nun dem zweiten Sensorsystem übermittelt werden. Darauf basierend kann das zweite
Sensorsystem die vom ersten Sensorsystem 5 gelieferten räumlichen Teilbereiche separat abscannen. Das heißt, das zweite Sensorsystem rastert nicht den kompletten Sichtbereich 10, sondern nur die vom ersten Sensorsystem 5 vorbestimmten Teilbereiche des Sichtbereichs 10 ab. Das zweite Sensorsystem kann insbesondere eine systematische Abrasterung der
Teilbereiche vorsehen, welche also nicht oder im Wesentlichen nicht auf einer stochastischen Zeitabfolge basiert.
Damit ist es möglich, eine Objekterkennung zu beschleunigen. Dies ist besonders vorteilhaft bei Fahrzeugen. Bei hohen
Geschwindigkeiten von Fahrzeugen oder bei Objekten, welche nahe am Fahrzeug auftreten (etwa in einem Bereich innerhalb von 10 Metern) ist es äußerst vorteilhaft, Objekte 9 so schnell wie möglich zu erkennen. So könnten beispielsweise beim Befahren einer Straße innerhalb einer Ortschaft ein von der Seite plötzlich auftauchender Ball oder ein Kind
schneller detektiert werden. Da autonom fahrende Fahrzeuge in einem solchen Fall vermutlich zumindest ein starkes
Bremsmanöver einleiten werden, ist es sehr wichtig, diese gefährliche Situation durch das Sensorsystem 5 möglichst schnell zu erkennen. Bereits einige Sekundenbruchteile könnten entscheidend sein, ob es in dieser Situation zu einem Unfall kommen würde oder nicht. Die in diesem Absatz
vorgesehen Aus führungs form könnte den plötzlich auftauchenden Ball beziehungsweise das Kind zumindest im groben Stil rechtzeitig erkennen. Das zweite Sensorsystem würde sich in diesem Beispiel früher auf jene Teile der räumlichen
Teilbereiche konzentrieren, in denen der Ball beziehungsweise das Kind detektiert wurde. Somit kann die O jekterkennung beschleunigt werden. Durch die Kombination zweier
Sensorsysteme, wobei eines davon seine Umgebung zumindest teilweise stochastisch abscannt und das andere die Umgebung systematisch erfasst, können die Vorteile beider Sensorsysteme sinnvoll kombiniert werden.
Insgesamt bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, Aliasing-Artefakte, die bei der Abtastung durch LIDAR-Systeme auftreten können, zuverlässig zu unterbinden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit bei der Objekterkennung erhöht werden. Im Idealfall werden Objekte 9 oder 9λ , wie in der Fig. 3 gezeigt wurde, rascher detektiert. Dies kann durch eine sinnvolle Ausgestaltung des Sensorsystems 5, das auf einer Zufallskomponente basierend arbeitet, erreicht werden. Die Zufallskomponente kann auch mit einer deterministischen
Komponente kombiniert werden. Die genaue Ausgestaltung dieser beiden Komponenten kann hierbei den jeweiligen Erfordernissen des Einzelfalls angepasst sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Emitter
2 Rastereinheit
3 Liehtemissions orrichtung
4 Detektor
5 Sensorsystem
6 Lichtstrahl (en)
7 Optik
8 Recheneinheit
9 Objekt
10 Sichtbereich
11 Bildpunkt
12 Rasterbild
13 Steuereinheit
14 Gesamtbild
15 Lichtsensor
tl Zeitpunkt 1
t2 Zeitpunkt 2
t3 Zeitpunkt 3
t4 Zeitpunkt 4
6 λ reflektierte Lichtstrahlen
9λ Brückenpfeiler
9 λ λ Verkehrszeichen
Raumwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems (5) mit einer Lichtemissionsvorrichtung (3), die einen Emitter (1) und eine Rastereinheit (2) aufweist, und einer Steuereinheit (13) , wobei die Lichtemissionsvorrichtung (3) ausgebildet ist, ihre Umgebung zumindest teilweise zufällig abzutasten durch
Ausführen folgender Schritte:
a) Vorgeben eines zu erfassenden Raumbereichs in der Umgebung der Lichtemissionsvorrichtung (3) ,
b) Abtasten des vorgegebenen Raumbereichs durch Aussenden von Lichtstrahlen (6) durch die Lichtemissionsvorrichtung (3) in verschiedene Raumrichtungen, wobei
- die Steuereinheit (13) den Emitter (1) auf der Basis einer Zufallskomponente ansteuert, durch die der Emitter (1) zu zufälligen Zeitpunkten Lichtstrahlen (6) in Richtung der Rastereinheit (2) aussendet und
- die Rastereinheit (2) die Lichtstrahlen (6) in die
verschiedenen Raumrichtungen umlenkt, entlang derer die
Lichtstrahlen (6) die Lichtemissionsvorrichtung (3)
verlassen .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (13) zusätzlich zur Zufallskomponente eine deterministische
Komponente verwendet, um den Emitter (1) anzusteuern.
3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Zufallskomponente basierend auf einer echten Zufallszahl und/oder einer Pseudo-Zufallszahl bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Rastereinheit (2) mehrere Spiegeleinheiten aufweist und die Steuereinheit (13) die Spiegeleinheiten aufgrund einer weiteren Zufallskomponente derart ansteuert, dass der Emitter (1) zu zufälligen Zeitpunkten eine zufällig ausgewählte
Spiegeleinheit durch Ausstrahlen von Lichtstrahlen (6) beleuchtet .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rastereinheit (2) durch eine Eigenbewegung ihre relative Orientierung zu dem Emitter (1) zu vorgegebenen Zeitpunkten ändert .
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Sensorsystem (5) einen Detektor (4) aufweist, der Reflexionen der ausgesandten Lichtstrahlen (6) empfängt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei anhand der durch den Detektor (4) empfangenen Lichtstrahlen (6λ) mittels einer Dekonvolution ein Gesamtbild (14) erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei anhand der durch den Detektor empfangenen Lichtstrahlen (6λ) mittels einer
Berechnung von Mittel- oder Medianwerten ein Gesamtbild (14) erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Lichtemissionsvorrichtung (3) gepulstes Licht, bevorzugt im Wellenlängenbereich 850 nm < λ < 1600 nm, aussendet.
10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei anhand der reflektierten Lichtstrahlen (6λ) in dem vorgegebenen Raumbereich wenigstens ein Teilbereich festgelegt wird, der daraufhin von einem zweiten Sensorsystem untersucht wird.
11. Sensorsystem (5) mit
- einer Lichtemissionsvorrichtung (3) einschließlich eines Emitters (1) und einer Rastereinheit (2), wobei die
Lichtemissionsvorrichtung (3) ausgebildet ist, ihre Umgebung zumindest teilweise zufällig abzutasten und ausgestaltet ist, den vorgegebenen Raumbereich durch Aussenden von
Lichtstrahlen (6) in verschiedene Raumrichtungen abzutasten, und mit
- einer Steuereinheit (13) zum Ansteuern der
Lichtemissionsvorrichtung (3) derart, dass das Abtasten auf der Basis einer Zufallskomponente erfolgt, durch die der Emitter (1) zu zufälligen Zeitpunkten Lichtstrahlen (6) in Richtung der Rastereinheit (2) aussendet und die
Rastereinheit (2) die Lichtstrahlen (6) in verschiedene
Raumrichtungen umlenkt, entlang derer die Lichtstrahlen (6) die Lichtemissionsvorrichtung (3) verlassen.
12. Sensorsystem (5) nach Anspruch 11, wobei die
Steuereinheit (13) einen Zufallszahlengenerator aufweist, um Pseudo-Zufauszahlen und/oder echte Zufallszahlen für die Berechnung der Zufallskomponente zu erzeugen.
13. Sensorsystem (5) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Sensorsystem (5) eine Recheneinheit (8) aufweist, die anhand von durch einen Detektor (4) des Sensorsystems (5) empfangenen Lichtstrahlen (6λ) ein Gesamtbild (14) erzeugt.
14. Sensorsystem (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Lichtemissionsvorrichtung (3) ein Laserscanner, insbesondere ein LIDAR-System ist.
15. Mobiles Fortbewegungsmittel mit einem Sensorsystem (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
16. Mobiles Fortbewegungsmittel nach Anspruch 15, wobei das mobile Fortbewegungsmittel ein Fahrzeug ist.
17. Mobiles Fortbewegungsmittel nach Anspruch 16, wobei das Fahrzeug ein weiteres Fortbewegungsmittel aufweist, welches in einem stationären Zustand an dem Fahrzeug angeordnet ist und in einem Aktivierungszustand räumlich nicht in physischer Verbindung mit dem Fahrzeug steht.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10816666B2 (en) * 2017-11-21 2020-10-27 Magna Electronics Inc. Vehicle sensing system with calibration/fusion of point cloud partitions
US11300776B2 (en) * 2018-12-07 2022-04-12 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Coupled and synchronous mirror elements in a lidar-based micro-mirror array
DE102019130388B4 (de) * 2019-11-11 2022-10-20 Infineon Technologies Ag Radarvorrichtung mit integrierter Sicherheitsfähigkeit

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6839127B1 (en) * 2003-09-15 2005-01-04 Deere & Company Optical range finder having a micro-mirror array
DE102015002282A1 (de) * 2014-05-09 2015-11-12 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum insbesondere dreidimensionalen optischen Scannen und Vermessen von Objekten und zur Objekterkennung mittels Lichtlaufzeitmessung
DE102014223900A1 (de) * 2014-11-24 2016-05-25 Conti Temic Microelectronic Gmbh Fahrzeug-Umfeld-Abtastung mittels eines phasengesteuerten Lasers
US20170082735A1 (en) * 2015-09-20 2017-03-23 Qualcomm Incorporated Light detection and ranging (lidar) system with dual beam steering
EP3196863A1 (de) * 2014-08-01 2017-07-26 Shenzhen Cimc-tianda Airport Support Ltd. System und verfahren zur flugzeugandockführung und zur flugzeugtypidentifizierung

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10323317A1 (de) * 2003-05-23 2004-12-16 Conti Temic Microelectronic Gmbh Vorrichtung zur Ablenkung des Strahlenverlaufs in einem optischen System sowie Verwendung der Vorrichtung
US8982363B2 (en) * 2011-10-07 2015-03-17 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus to determine depth information for a scene of interest
US9528819B2 (en) * 2011-10-14 2016-12-27 Iee International Electronics & Engineering S.A. Spatially selective detection using a dynamic mask in an image plane
US9429425B2 (en) * 2013-03-05 2016-08-30 Here Global B.V. Aerial image collection
JPWO2017130996A1 (ja) * 2016-01-29 2018-06-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 距離測定装置
US10295668B2 (en) * 2017-03-30 2019-05-21 Luminar Technologies, Inc. Reducing the number of false detections in a lidar system
US20200150228A1 (en) * 2017-04-20 2020-05-14 Analog Devices, Inc. Method of Providing Interference Reduction and a Dynamic Region of Interest in a LIDAR System
JP6860459B2 (ja) * 2017-09-19 2021-04-14 株式会社東芝 距離計測装置
WO2021174227A1 (en) * 2020-02-27 2021-09-02 Gerard Dirk Smits High resolution scanning of remote objects with fast sweeping laser beams and signal recovery by twitchy pixel array

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6839127B1 (en) * 2003-09-15 2005-01-04 Deere & Company Optical range finder having a micro-mirror array
DE102015002282A1 (de) * 2014-05-09 2015-11-12 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum insbesondere dreidimensionalen optischen Scannen und Vermessen von Objekten und zur Objekterkennung mittels Lichtlaufzeitmessung
EP3196863A1 (de) * 2014-08-01 2017-07-26 Shenzhen Cimc-tianda Airport Support Ltd. System und verfahren zur flugzeugandockführung und zur flugzeugtypidentifizierung
DE102014223900A1 (de) * 2014-11-24 2016-05-25 Conti Temic Microelectronic Gmbh Fahrzeug-Umfeld-Abtastung mittels eines phasengesteuerten Lasers
US20170082735A1 (en) * 2015-09-20 2017-03-23 Qualcomm Incorporated Light detection and ranging (lidar) system with dual beam steering

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