WO2021001181A1 - Anpassungsvorrichtung und lidar-messvorrichtung - Google Patents

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WO2021001181A1
WO2021001181A1 PCT/EP2020/067226 EP2020067226W WO2021001181A1 WO 2021001181 A1 WO2021001181 A1 WO 2021001181A1 EP 2020067226 W EP2020067226 W EP 2020067226W WO 2021001181 A1 WO2021001181 A1 WO 2021001181A1
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WO
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lidar
vehicle
measuring device
unit
pitch angle
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Application number
PCT/EP2020/067226
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Ralf Beuschel
Falko Diebel
Michael KÖHLER
Original Assignee
Ibeo Automotive Systems GmbH
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Publication date
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Priority to CA3142395A priority patent/CA3142395A1/en
Priority to CN202080048769.4A priority patent/CN114365003A/zh
Priority to JP2021576626A priority patent/JP7259094B2/ja
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    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone

Definitions

  • the present invention relates to an adaptation device for adapting a field of view of a lidar measuring device in a focal plane array arrangement on a vehicle.
  • the present invention further relates to a lidar measuring device in a focal plane array arrangement for detecting objects in the surroundings of a vehicle.
  • the invention also relates to a method for adapting a field of view of a lidar measuring device.
  • Modern vehicles include a variety of systems that provide information to a driver or operator and / or control individual functions of the vehicle partially or fully automatically.
  • the surroundings of the vehicle and, if necessary, other road users are recorded by sensors. Based on the recorded data, a model of the vehicle environment can be generated and changes in this vehicle environment can be reacted to.
  • ADAS advanced driver assistance systems
  • autonomously operating transport systems are increasing.
  • the development of ever more precise sensors makes it possible to record the environment and to control individual functions of the vehicle completely or partially without intervention by the driver.
  • Lidar technology (light detection and ranging) is an important sensor principle for detecting the surroundings.
  • a lidar sensor is based on the emission of light pulses and the detection of the reflected light.
  • a distance to the point of reflection can be calculated using a transit time measurement.
  • a target can be detected by evaluating the reflections received.
  • scanning systems which mostly function based on micromirrors
  • non-scanning systems in which several transmitting and receiving elements are arranged statically next to one another (especially so-called focal plane array arrangement) .
  • WO 2017/081294 A1 describes a method and a device for optical distance measurement.
  • a use of a transmission matrix for transmitting measuring pulses and a receiving matrix for receiving the measuring pulses is disclosed.
  • the measurement pulses are sent, subsets of the send elements of the send matrix are activated.
  • a challenge in the detection of objects using a lidar is that there are tolerances in the manufacture and installation of the corresponding sensors in a vehicle. These can lead to suboptimal utilization of the field of view of the sensor or to a loss of accuracy.
  • the vehicle when the vehicle is in operation, there may be deviations in the orientation or position of the vehicle from a normal state, which can also change the orientation of the field of view. Such deviations during operation can be dynamic (for example when braking or when cornering) or also static (for example due to a load).
  • an oversized field of view is therefore often used or read out so that all objects in the relevant area are recorded even if there are deviations in alignment. This leads to high costs and / or a poorer resolution.
  • the present invention has the task of creating an approach for the improved detection of objects in a field of view of a lidar measuring device.
  • the highest possible resolution should be achieved in a relevant area.
  • the invention relates in a first aspect to an adaptation device for adapting a field of view of a lidar measuring device in a focal plane array arrangement on a vehicle, with:
  • a pitch angle estimation unit for determining a pitch angle of the vehicle
  • a selection unit for determining a selection of lines, running parallel to a horizontal plane of the vehicle, of transmission elements of a lidar transmission unit of the lidar measuring device and / or sensor elements of a lidar
  • a control interface for activating the selection of lines of transmission elements of the lidar transmission unit and / or sensor elements of the lidar reception unit of the lidar measuring device in order to detect objects within the object detection area.
  • the invention relates to a lidar measuring device in a focal plane array arrangement for detecting objects in the vicinity of a vehicle, with:
  • a lidar transmission unit with a plurality of transmission elements for emitting light pulses and a lidar reception unit with a plurality of sensor elements for receiving the light pulses, the transmission elements and the sensor elements being arranged in lines which run parallel to a horizontal plane of the vehicle;
  • the pitch angle of a vehicle can change while driving, for example due to the load or due to a driving maneuver (braking, accelerating, etc.).
  • a driving maneuver braking, accelerating, etc.
  • its position in relation to the vehicle is fixed.
  • the vertical extent of the sensor's field of vision must be selected to be sufficiently large. This has the effect that areas that are irrelevant per se are evaluated in order to still cover the relevant area in the event of a nodding movement of the vehicle. It is also possible that inaccuracies in the alignment arise during manufacture or when the sensor is attached to the vehicle. These must also be compensated for by a vertical field of view of the lidar transmitting unit and the lidar receiving unit that is selected to be too large.
  • a pitch angle of the vehicle is first averaged.
  • a desired object recognition area is then determined based on the pitch angle.
  • This object detection area corresponds to a part of the field of view of the lidar transmitting unit or the lidar receiving unit.
  • the desired object detection area is that part of the field of view in which objects are to be detected by means of the lidar measuring device.
  • the object recognition area represents an area within which objects are expected.
  • lines of sensor elements and / or lines of sensor elements of the lidar measuring device are selected, which are then activated in order to detect objects within the object recognition area. Accordingly, it is provided according to the invention that not the entire possible field of view of the lidar measuring device is activated and evaluated, but only part of it. Parts of the field of view that are not required are not used.
  • I20056WO7741PT te detection accuracy The safety of autonomous vehicles can be improved.
  • the adaptation device comprises an environment sensor interface for receiving environment sensor data from an environment sensor.
  • the pitch angle estimation unit is designed to determine the pitch angle based on the environment sensor data.
  • the environment sensor data preferably include point cloud data from the lidar measuring device with information on objects in the vicinity of the vehicle. For example, data from a camera or a radar sensor can be received as environment sensor data. Data from the lidar measuring device are preferably processed.
  • the pitch angle can be determined on the basis of these environmental sensor data. This has the advantage that the pitch angle of the vehicle can be precisely determined in relation to the surroundings of the vehicle. A precise determination of the pitch angle is possible. When using the data from the lidar measuring device, it is not necessary to access external data.
  • the pitch angle estimation unit is designed to recognize a horizon position based on the environment sensor data.
  • the pitch angle estimation unit is also designed to determine the pitch angle based on the horizon position.
  • the horizon is recognized. For example, for this purpose it can be detected in which plane the roadway of the vehicle is hit at a predetermined distance. It is also possible to detect from which height (from which row of sensor elements) a roadway is no longer detected. The result is a precise and situation-appropriate estimation of the pitch angle.
  • the pitch angle estimation unit is designed to recognize the course of a roadway in a close range of the vehicle based on the environment sensor data. Furthermore, the pitch angle estimation unit is designed to determine the pitch angle based on the course of the roadway. The lane detection takes place in the vicinity of the vehicle. For example, it can be recognized in which plane of the sensor or with which row of sensor elements the roadway is detected in a close range. An accurate estimate of the pitch angle is obtained without having to access external data.
  • the adaptation device comprises a position sensor interface for receiving position sensor data from a position sensor on the vehicle.
  • the pitch angle estimation unit is designed to determine the pitch angle based on the position sensor data. If a position sensor is also available, the pitch angle can be determined based on its data. The result is an easy to implement and precise estimate of the pitch angle. Computing power can be saved.
  • the area unit is designed to determine the desired object detection area based on a predefined angle parameter.
  • the object detection area can describe a fixed angular area around a plane parallel to the roadway. Different upward and downward deviations can also be defined in the predefined angle parameters. This results in a determination of the desired object recognition area that is easy to implement.
  • the lidar measuring device is designed to be attached to a vehicle in an area of a bumper of the vehicle.
  • the lidar measuring device can be integrated into a bumper of the vehicle, for example. This results in a clear view of objects in front of or behind the vehicle. However, the position on the bumper is sensitive to a pitching movement of the vehicle.
  • the lidar transmitting unit and the lidar receiving unit have a vertical field of view of 15 ° to 25 °, preferably 20 °.
  • a field of view center of the vertical field of view runs parallel to the horizontal plane (longitudinal plane) of the vehicle.
  • a comparatively large vertical field of view of the lidar transmitting unit and the lidar receiving unit creates a sufficient basis for selecting the object detection area.
  • a focal plane array arrangement is understood to mean a configuration of the sensor elements (or the transmission elements) essentially in one plane.
  • a lidar receiving unit is in particular a microchip with the corresponding sensor elements.
  • a lidar transmission unit is also in particular a microchip with the corresponding transmission elements.
  • the receiving and transmitting unit can also be
  • I20056WO7741PT be arranged together on a microchip.
  • the sensor elements are arranged on a chip in matrix form.
  • the sensor elements are distributed over a surface of the chip of the lidar receiver unit.
  • One or more sensor elements are assigned to a transmission element.
  • a light pulse from a lidar transmission unit is understood to mean, in particular, a pulse of laser light.
  • the surroundings of a vehicle include in particular an area in the surroundings of the vehicle that is visible from the vehicle.
  • the pitch angle is the position angle of the vehicle that describes or quantifies the pitch or pitching motion.
  • the pitch angle quantifies a rotation around a transverse axis (pitch axis) of the vehicle.
  • the transverse axis is the body axis that is perpendicular to the normal direction of movement of the vehicle.
  • the horizontal plane of the vehicle is parallel to a longitudinal and a transverse axis of the vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a lidar measuring device according to one aspect of the present invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of an adaptation device according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an adapted field of view of a lidar measuring device
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a lidar transmission unit
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a vehicle with a lidar measuring device according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a method according to the invention.
  • a lidar measuring device 10 for detecting an object 12 in the vicinity of a vehicle 14 is shown schematically.
  • the lidar measuring device 10 is integrated into the vehicle 14 in the exemplary embodiment shown.
  • the object 12 in the vicinity of the vehicle 14 can be, for example, another vehicle or a static object (traffic sign, house, tree, etc.) or another road user (pedestrians, cyclists, etc.).
  • the lidar measuring device 10 is preferably in the area of a bumper of the vehicle 14
  • the lidar measuring device 10 can be integrated into the front bumper.
  • the lidar measuring device 10 comprises a lidar receiving unit 16 and a lidar transmitting unit 18. Furthermore, the lidar measuring device 10 comprises an adaptation device 20 for adapting a field of view of the lidar measuring device 10.
  • Both the lidar receiving unit 16 and the lidar transmitting unit 18 are preferably designed in a focal plane array configuration.
  • the elements of the respective device are arranged essentially in one plane on a corresponding chip.
  • the chip of the lidar receiving unit or the lidar transmitting unit is arranged in a focal point of a corresponding optical system (transmitting optical system or receiving optical system).
  • sensor elements of the lidar receiving unit 16 or transmitting elements of the lidar transmitting unit 18 are arranged at the focal point of the respective receiving or transmitting optics. These optics can be formed, for example, by an optical lens system.
  • the sensor elements of the lidar receiving unit 16 are preferably designed as SPAD (Single Photon Avalanche Diode).
  • the lidar transmission unit 18 comprises several transmission elements for emitting laser light or laser pulses.
  • the transmission elements are preferably designed as VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Laser).
  • the transmission elements of the lidar transmission unit 18 are divided ver over an area of a transmission chip.
  • the sensor elements of the lidar receiving unit 16 are distributed over an area of the receiving chip.
  • the transmission chip is assigned a transmission optics
  • the reception chip is assigned a receiving optics.
  • the optics depict light arriving from a spatial area onto the respective chip.
  • the spatial area corresponds to the visual area of the lidar measuring device 10, which is examined or sensed for objects 12.
  • the spatial area of the lidar receiving unit 16 or the lidar transmitting unit 18 is essentially identical.
  • the transmission optics images a transmission element onto a solid angle that represents a partial area of the spatial area.
  • the transmission element sends out laser light accordingly in this solid angle.
  • the transmission elements cover
  • the receiving optics images a sensor element onto a solid angle that represents a sub-area of the spatial area.
  • the number of all sensor elements covers the entire room area.
  • Sending elements and sensor elements that consider the same solid angle map one another and are assigned or assigned to one another accordingly.
  • a laser light from a transmission element is normally always mapped onto the associated sensor element.
  • several sensor elements are arranged within the solid angle of a Sendeele element.
  • the lidar measuring device 10 carries out a measuring process.
  • a measuring process comprises one or more measuring cycles, depending on the design of the measuring system and its electronics.
  • a TCSPC method Time Correlated Single Photon Counting method
  • individual incoming photons are detected, in particular by a SPAD, and the time at which the sensor element was triggered (detection time) is stored in a memory element.
  • the time of detection is related to a reference time at which the laser light is emitted.
  • the transit time of the laser light can be determined from the difference, from which the distance of the object 12 can be determined.
  • a sensor element of the lidar receiving unit 16 can be triggered on the one hand by the laser light and on the other hand by ambient radiation.
  • a laser light always arrives at a certain distance from the object 12 at the same time, whereas the ambient radiation always provides the same probability of triggering a sensor element.
  • the triggering of the sensor element add up at the detection time which corresponds to the transit time of the laser light with respect to the distance of the object.
  • the triggers from the ambient radiation are evenly distributed over the measurement duration of a measurement cycle.
  • a measurement corresponds to the emission and subsequent detection of the laser light.
  • the data of the individual measuring cycles of a measuring process stored in the memory element enable an evaluation of the multiple detection times in order to infer the distance from the object 12.
  • a sensor element is favorably connected to a TDC (Time to Digital Converter).
  • the TDC stores the time at which the sensor element was triggered in the storage element.
  • a storage element can be designed, for example, as a short-term memory or as a long-term memory.
  • the TDC fills a storage element with the times at which the sensor elements detect the arrival of the photon. This can be represented graphically by means of a histogram based on the data of the memory element. In a histogram, the duration of a measurement cycle is divided into very short time segments (so-called bins). If a sensor element is triggered, the TDC increases the value of a bin by 1. The bin is filled which corresponds to the transit time of the laser pulse, i.e. the difference between the time of detection and the reference time.
  • the adaptation device 20 for adapting a field of view of a lidar measuring device is shown schematically in FIG. 2.
  • the adaptation device 20 comprises a pitch angle estimation unit 22, a range unit 24, a selection unit 26 and a control interface 28.
  • the adaptation device 20 can also have an environment sensor interface via which the environment sensor data from an environment sensor can be received and / or a position sensor interface via the position sensor data a position sensor received who can include (not shown).
  • the various units and interfaces can be designed or implemented individually or in combination in software and / or in hardware. In particular, the units can be implemented in software that is executed on a processor of the lidar measuring device.
  • the pitch angle estimation unit 22 can be designed, for example, to receive data from a position sensor and / or to receive data from an environmental sensor and to determine the pitch angle of the vehicle based thereon. The determination or calculation of the pitch angle then takes place by means of a corresponding evaluation.
  • Point cloud data of the lidar measuring device are preferably evaluated in order, for example, to determine or track a horizon position, that is to say a course of a horizon, or a roadway course, that is to say an alignment of the roadway in an area in front of the vehicle.
  • the area unit 24 can determine the object detection area, for example based on a predefined angle parameter (which can also be two-dimensional)
  • the angle parameter can describe an upward and downward deviation from a plane of the roadway or from a horizon plane.
  • the selection unit 26 is used to select rows of transmission elements and / or rows of sensor elements. It is both possible that only parts of the transmission elements are activated and that only parts of the sensor elements are read out. It is also possible for both lines of transmission elements and lines of sensor elements to be selected.
  • the corresponding selection of lines is activated via the control interface 28.
  • the control interface 28 is designed to control the lidar measuring device or a processor of the lidar measuring device accordingly.
  • FIG. 3 shows schematically how the field of view 30 of the vehicle 14 changes when the vehicle 14 nods, for example due to a braking process.
  • the vehicle 14 On the left, the vehicle 14 is shown in a normal orientation.
  • the lidar receiving unit 16 or the lidar transmitting unit 18 can, for example, have a vertical field of view 30 of 20 ° (field of view with an opening angle of 20 °).
  • the field of view center of the vertical field of view ver runs parallel to a longitudinal axis L of the vehicle 14 (parallel to a horizontal plane ne of the vehicle).
  • the longitudinal axis L is congruent with a corresponding axis L 'of the reference system (horizon line).
  • the vertical axis H of the vehicle 14 is perpendicular to the roadway and runs congruently to a corresponding vertical axis H 'of the reference system.
  • the lidar measuring device 10 can indeed detect objects within the entire field of view 30, but detection of objects within an object detection area 32 is sufficient.
  • the object detection area can for example encompass a range of ⁇ 5 ° from the horizon line.
  • the object detection area 32 can also be referred to as an active field of view.
  • the situation is shown when the vehicle 14 is performing a pitching movement with a pitching angle N.
  • the longitudinal axis L and the vertical axis H are inclined relative to the corresponding axes L ', H' of the reference system. Because the lidar measuring device 10 is permanently connected to the vehicle 14, the field of view of the lidar measuring device or the lidar transmitting unit is and
  • the lidar receiver unit is also inclined.
  • the adaptation device according to the invention makes it possible to select the object detection area 32 so that the same area of ⁇ 5 ° with respect to the horizon line is still selected as the active field of view and objects can be detected within this area.
  • the field of view 30 of the lidar measuring device 10 is, so to speak, only partially used.
  • a loading of the vehicle 14 or a tolerance error in the alignment of the lidar measuring device 10 in the vehicle also means that an adaptation of the field of view or a selection of an observation area is necessary or expedient if the lidar measuring device 10 has a sufficiently large field of view having.
  • a lidar transmission unit 18 according to the invention is shown schematically in FIG. 4.
  • the lidar transmission unit 18 comprises a multiplicity of transmission elements 34 which are arranged in a multiplicity of rows Zi-Ze. In the drawing, for reasons of clarity, only a few lines or a selection of the transmission elements 34 are Darge.
  • the lidar transmission unit can comprise an array with 128 * 128 transmission elements 34, for example.
  • the transmission elements 34 can be activated line by line. This means that all transmission elements 34, which are arranged in the same line Zi - Ze, can be activated at the same time.
  • the lidar transmission unit 18 is designed in a focal plane array arrangement and is permanently connected to the vehicle or is installed in the vehicle, the alignment of the array of the lidar transmission unit 18 with respect to the vehicle cannot be changed during operation will. If there is a tolerance during installation or if the vehicle performs a pitching movement, an alignment of the lidar transmission unit with respect to the reference system (the road, the horizon, etc.) changes accordingly. According to the invention, only a selection of the lines Zi - Ze is activated in order to save energy on the one hand and to be able to control the remaining lines of the desired object recognition area at a higher frequency on the other hand.
  • the lidar receiving unit is designed with sensor elements corresponding to the lidar transmitting unit 18.
  • the lidar transmitting unit 18 and the lidar receiving unit 16 are usually firmly connected to one another and are preferably arranged next to one another, so that the alignment of both changes when the vehicle executes a movement.
  • the sensor elements of the lidar reception unit 16 can also be read line by line. In this way, further energy can be saved or the readout frequency can be increased.
  • a vehicle 14 with a lidar measuring device 10 is shown schematically.
  • the vehicle includes an environment sensor 36 and a position sensor 38.
  • the environment sensor 36 can for example include a camera and be arranged outside of the lidar measuring device 10.
  • the position sensor 38 can for example comprise an inertial measuring unit and can likewise be arranged outside the lidar measuring device 10 in the vehicle 14.
  • a method according to the invention for adapting a field of view of a lidar measuring device in a focal plane array arrangement on a vehicle is shown schematically in FIG. 6.
  • the vehicle comprises steps of determining S10 a pitch angle, determining S12 a desired object recognition area, determining S14 a selection of lines and activating S16 the selection of lines.
  • the method can be implemented, for example, in software that is executed on a processor of a lidar measuring device.
  • I20056WO7741PT or a single unit can perform the functions of several of the units mentioned in the patent claims.
  • An element, a unit, an interface, a device and a system can be implemented partially or completely in hardware and / or in software.
  • the mere mention of some measures in several different dependent claims should not be understood to mean that a combination of these measures cannot also be used advantageously.
  • a computer program can be stored / distributed on a non-volatile data carrier, for example on an optical memory or on a semiconductor drive (SSD).
  • a computer program can be distributed together with hardware and / or as part of hardware, for example by means of the Internet or by means of wired or wireless communication systems. Reference signs in the claims are not to be understood as limiting.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anpassungsvorrichtung (20) zum Anpassen eines Sichtfelds (30) einer Lidar-Messvorrichtung (10) in Focal Plane Array-Anordnung an einem Fahrzeug (14), mit: einer Nickwinkelschätzeinheit (22) zum Ermitteln eines Nickwinkels (N) des Fahrzeugs; einer Bereichseinheit (24) zum Ermitteln eines gewünschten Objekterkennungsbereichs (32) in Bezug zu einer Ausrichtung des Fahrzeugs basierend auf dem Nickwinkel; einer Auswahleinheit (26) zum Ermitteln einer Auswahl von parallel zu einer Horizontalebene des Fahrzeugs verlaufenden Zeilen (Z1- Z6) von Sendeelementen (34) einer Lidar-Sendeeinheit (18) der Lidar-Messvorrichtung und/oder Sensorelementen einer Lidar-Empfangseinheit (16) der Lidar-Messvorrichtung basierend auf dem gewünschten Objekterkennungsbereich; und einer Steuerschnittstelle (28) zum Aktivieren der Auswahl von Zeilen von Sendeelementen der Lidar-Sendeeinheit und/oder Sensorelementen der Lidar-Empfangseinheit der Lidar-Messvorrichtung, um Objekte (12) innerhalb des Objekterkennungsbereichs zu detektieren. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Lidar-Messvorrichtung (10) in Focal Plane Array-Anordnung zum Detektieren von Objekten (12) in einer Umgebung eines Fahrzeugs (14). Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anpassen eines Sichtfelds (30) einer Lidar-Messvorrichtung (10) in Focal Plane Array- Anordnung an einem Fahrzeug (14).

Description

Anpassungsvorrichtung und Lidar-Messvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anpassungsvorrichtung zum Anpassen eines Sichtfelds einer Lidar-Messvorrichtung in Focal Plane Array-Anordnung an einem Fahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Lidar-Messvorrichtung in Focal Plane Array-Anordnung zum Detektieren von Objekten in einer Umgebung eines Fahrzeugs. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anpassen eines Sichtfelds einer Lidar-Messvorrichtung.
Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder, fahrerlose Trans portsysteme etc.) umfassen eine Vielzahl an Systemen, die einem Fahrer bzw. Bedie ner Informationen zur Verfügung stellen und/oder einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Über Sensoren werden die Umgebung des Fahr zeugs sowie gegebenenfalls andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden. Durch die fortschrei tende Entwicklung im Bereich der autonom und teilautonom fahrenden Fahrzeuge werden der Einfluss und der Wirkungsbereich von Fahrerassistenzsystemen (Advan ced Driver Assistance Systems, ADAS) und autonom operierenden Transportsystemen immer größer. Durch die Entwicklung immer präziserer Sensoren ist es möglich, die Umgebung zu erfassen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs vollständig oder teil weise ohne Eingriff des Fahrers zu kontrollieren.
Ein wichtiges Sensorprinzip für die Erfassung der Umgebung ist dabei die Lidartechnik (light detection and ranging). Ein Lidarsensor basiert auf der Aussendung von Lichtpul sen und der Detektion des reflektierten Lichts. Mittels einer Laufzeitmessung kann ein Abstand zum Ort der Reflexion berechnet werden. Durch eine Auswertung der emp fangenen Reflexionen kann eine Detektion eines Ziels erfolgen. Hinsichtlich der tech nischen Realisierung des entsprechenden Sensors wird zwischen scannenden Syste men, die zumeist basierend auf Mikrospiegeln funktionieren, und nichtscannenden Systemen, bei denen mehrere Sende- und Empfangselemente statisch nebeneinan derliegend angeordnet sind (insb. sog. Focal Plane Array-Anordnung), unterschieden.
I20056WO7741PT In diesem Zusammenhang wird in der WO 2017/081294 Al ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Distanzmessung beschrieben. Es wird eine Verwendung einer Sendematrix zum Aussenden von Messpulsen und einer Empfangsmatrix zum Empfangen der Messpulse offenbart. Beim Senden der Messpulse werden Untermen gen der Sendeelemente der Sendematrix aktiviert.
Eine Herausforderung bei der Detektion von Objekten mittels eines Lidars liegt darin, dass es bei der Herstellung sowie beim Einbau der entsprechenden Sensorik in ein Fahrzeug zu Toleranzen kommt. Diese können zu einer suboptimalen Ausnutzung des Sichtfelds des Sensors bzw. zu einem Genauigkeitsverlust führen. Zudem kann es beim Betrieb des Fahrzeugs zu Abweichungen der Ausrichtung bzw. Lage des Fahrzeugs von einem Normalzustand kommen, die ebenfalls eine veränderte Ausrichtung des Sicht felds bedingen können. Solche Abweichungen beim Betrieb können dynamisch (bei spielsweise beim Abbremsen oder bei einer Kurvenfahrt) oder auch statisch (bei spielsweise aufgrund einer Beladung) sein. Um eine ausreichende Zuverlässigkeit des Sensors zu erreichen, wird daher oft ein an sich überdimensioniertes Sichtfeld ver wendet bzw. ausgelesen, sodass auch bei Abweichungen in der Ausrichtung alle Ob jekte im relevanten Bereich erfasst werden. Dies führt zu hohen Kosten und/oder ei ner schlechteren Auflösung.
Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen Ansatz zur verbesserten Detektion von Objekten in einem Sichtfeld einer Lidar- Messvorrichtung zu schaffen. Insbesondere soll eine möglichst hohe Auflösung in ei nem relevanten Bereich erreicht werden.
Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Anpas sungsvorrichtung zum Anpassen eines Sichtfelds einer Lidar-Messvorrichtung in Focal Plane Array-Anordnung an einem Fahrzeug, mit:
einer Nickwinkelschätzeinheit zum Ermitteln eines Nickwinkels des Fahrzeugs;
einer Bereichseinheit zum Ermitteln eines gewünschten Objekterkennungsbereichs in Bezug zu einer Ausrichtung des Fahrzeugs basierend auf dem Nickwinkel;
einer Auswahleinheit zum Ermitteln einer Auswahl von parallel zu einer Horizontal ebene des Fahrzeugs verlaufenden Zeilen von Sendeelementen einer Lidar- Sendeeinheit der Lidar-Messvorrichtung und/oder Sensorelementen einer Lidar-
I20056WO7741PT Empfangseinheit der Lidar-Messvorrichtung basierend auf dem gewünschten Ob jekterkennungsbereich; und
einer Steuerschnittstelle zum Aktivieren der Auswahl von Zeilen von Sendeelementen der Lidar-Sendeeinheit und/oder Sensorelementen der Lidar-Empfangseinheit der Lidar-Messvorrichtung, um Objekte innerhalb des Objekterkennungsbereichs zu de- tektieren.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Lidar-Messvorrichtung in Focal Plane Array-Anordnung zum Detektieren von Objekten in einer Umgebung eines Fahr zeugs, mit:
einer Lidar-Sendeeinheit mit einer Vielzahl an Sendeelementen zum Aussenden von Lichtpulsen und einer Lidar-Empfangseinheit mit einer Vielzahl von Sensorelementen zum Empfangen der Lichtpulse, wobei die Sendeelemente und die Sensorelemente in Zeilen angeordnet sind, die parallel zu einer Horizontalebene des Fahrzeugs verlaufen; und
einer Anpassungsvorrichtung wie zuvor definiert.
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein entsprechend der Anpassungsvorrich tung ausgebildetes Verfahren und ein Computerprogrammprodukt mit Programm code zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf ei nem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computer programm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die An passungsvorrichtung, die Lidar-Messvorrichtung sowie das Verfahren und das Compu terprogrammprodukt entsprechend der für die Anpassungsvorrichtung bzw. die Lidar- Messvorrichtung in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen aus geführt sein.
I20056WO7741PT Der Nickwinkel eines Fahrzeugs kann sich während der Fahrt beispielsweise aufgrund der Beladung oder aufgrund eines Fahrmanövers (Bremsen, Beschleunigen etc.) än dern. Bei einem fest eingebauten Sensor in Focal Plane Array-Anordnung ist dieser in seiner Position bezüglich des Fahrzeugs fest. Um trotz der Nickbewegung Objekte im relevanten Bereich erkennen zu können, muss der Sichtbereich des Sensors in seiner vertikalen Ausdehnung ausreichend groß gewählt werden. Dies bewirkt, dass an sich irrelevante Bereiche ausgewertet werden, um im Falle einer Nickbewegung des Fahr zeugs immer noch den relevanten Bereich abzudecken. Ebenfalls ist es möglich, dass es bei der Herstellung oder bei der Anbringung des Sensors am Fahrzeug zu Ungenau igkeiten in der Ausrichtung kommt. Diese müssen ebenfalls durch ein an sich zu groß gewähltes vertikales Sichtfeld der Lidar-Sendeeinheit und der Lidar-Empfangseinheit kompensiert werden.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass zunächst ein Nickwinkel des Fahrzeugs er mittelt wird. Dann wird basierend auf dem Nickwinkel ein gewünschter Objekterken nungsbereich ermittelt. Dieser Objekterkennungsbereich entspricht einem Teil des Sichtfelds der Lidar-Sendeeinheit bzw. der Lidar-Empfangseinheit. Der gewünschte Objekterkennungsbereich ist derjenige Teil des Sichtfelds, in dem Objekte mittels der Lidar-Messvorrichtung erkannt werden sollen. Insoweit stellt der Objekterkennungs bereich einen Bereich dar, innerhalb dessen Objekte erwartet werden. Ausgehend von dem ermittelten gewünschten Objekterkennungsbereich werden Zeilen von Sen deelementen und/oder Zeilen von Sensorelementen der Lidar-Messvorrichtung aus gewählt, die dann aktiviert werden, um Objekte innerhalb des Objekterkennungsbe reichs zu detektieren. Demnach ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass nicht das komplette mögliche Sichtfeld der Lidar-Messvorrichtung aktiviert und ausgewertet wird, sondern lediglich ein Teil davon. Nicht benötigte Teile des Sichtfelds werden nicht verwendet.
Hierdurch kann Energie für das Aussenden der Lichtpulse (Laserleistung) und auch für die Informationsverarbeitung eingespart werden. Weiterhin kann ein Zeitbudget für einen Scanvorgang von nicht benötigten Zeilen eingespart werden. Es ist möglich, dass die dem Objekterkennungsbereich zugeordneten Zeilen von Sendeelementen bzw. Zeilen von Sensorelementen mit höherer Genauigkeit ausgewertet werden. Hierdurch kann eine Detektion dunkler Objekte (beispielsweise Hindernisse auf der Fahrbahn) verbessert werden. Insoweit ergibt sich durch die Erfindung eine verbesser-
I20056WO7741PT te Detektionsgenauigkeit. Die Sicherheit autonom fahrender Fahrzeuge kann verbes sert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Anpassungsvorrichtung eine Umge bungssensorschnittstelle zum Empfangen von Umgebungssensordaten eines Umge bungssensors. Die Nickwinkelschätzeinheit ist zum Ermitteln des Nickwinkels basie rend auf den Umgebungssensordaten ausgebildet. Die Umgebungssensordaten um fassen vorzugsweise Point-Cloud-Daten der Lidar-Messvorrichtung mit Informationen zu Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs. Als Umgebungssensordaten können beispielsweise Daten einer Kamera oder eines Radarsensors empfangen werden. Vor zugsweise werden Daten der Lidar-Messvorrichtung verarbeitet. Ausgehend von die sen Umgebungssensordaten kann der Nickwinkel ermittelt werden. Dies hat den Vor teil, dass eine genaue Ermittlung des Nickwinkels des Fahrzeugs in Bezug zu der Um gebung des Fahrzeugs erfolgen kann. Eine präzise Ermittlung des Nickwinkels wird möglich. Bei der Verwendung der Daten der Lidar-Messvorrichtung ist es nicht not wendig, auf externe Daten zuzugreifen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Nickwinkelschätzeinheit zum Erkennen ei ner Horizontlage basierend auf den Umgebungssensordaten ausgebildet. Die Nick winkelschätzeinheit ist weiterhin zum Ermitteln des Nickwinkels basierend auf der Horizontlage ausgebildet. Der Horizont wird erkannt. Beispielsweise kann hierzu de- tektiert werden, in welcher Ebene die Fahrbahn des Fahrzeugs in einer vorgegebenen Entfernung getroffen wird. Ebenfalls ist es möglich zu detektieren, ab welcher Höhe (ab welcher Zeile von Sensorelementen) keine Fahrbahn mehr detektiert wird. Es ergibt sich eine präzise und situationsadäquate Schätzung des Nickwinkels.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Nickwinkelschätzeinheit zum Er kennen eines Fahrbahnverlaufs in einem Nahbereich des Fahrzeugs basierend auf den Umgebungssensordaten ausgebildet. Weiterhin ist die Nickwinkelschätzeinheit zum Ermitteln des Nickwinkels basierend auf dem Fahrbahnverlauf ausgebildet. Die Fahr bahnerkennung erfolgt im Nahbereich des Fahrzeugs. Beispielsweise kann erkannt werden, in welcher Ebene des Sensors bzw. mit welcher Zeile von Sensorelementen die Fahrbahn in einem Nahbereich detektiert wird. Es ergibt sich eine zutreffende Schätzung des Nickwinkels, ohne auf externe Daten zugreifen zu müssen.
I20056WO7741PT In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Anpassungsvorrichtung eine Lage sensorschnittstelle zum Empfangen von Lagesensordaten eines Lagesensors an dem Fahrzeug. Die Nickwinkelschätzeinheit ist zum Ermitteln des Nickwinkels basierend auf den Lagesensordaten ausgebildet. Falls zusätzlich ein Lagesensor vorhanden ist, kann basierend auf dessen Daten eine Ermittlung des Nickwinkels erfolgen. Es ergibt sich eine einfach zu realisierende und präzise Schätzung des Nickwinkels. Rechenleis tung kann eingespart werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Bereichseinheit zum Ermitteln des ge wünschten Objekterkennungsbereichs basierend auf einem vordefinierten Winkelpa rameter ausgebildet. Beispielsweise kann der Objekterkennungsbereich einen festen Winkelbereich um eine Ebene parallel zur Fahrbahn beschreiben. Ebenfalls können nach oben und unten unterschiedliche Abweichungen im vordefinierten Winkelpara meter definiert sein. Hierdurch ergibt sich eine einfach zu realisierende Ermittlung des gewünschten Objekterkennungsbereichs.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Lidar-Messvorrichtung ist die Lidar- Messvorrichtung zum Anbringen an ein Fahrzeug in einem Bereich einer Stoßstange des Fahrzeugs ausgebildet. Die Lidar-Messvorrichtung kann beispielsweise in eine Stoßstange des Fahrzeugs integriert sein. Hierdurch ergibt sich eine freie Sicht auf Ob jekte vor bzw. hinter dem Fahrzeug. Allerdings ist die Position an der Stoßstange an fällig gegenüber einer Nickbewegung des Fahrzeugs.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Lidar-Messvorrichtung weisen die Lidar- Sendeeinheit und die Lidar-Empfangseinheit ein vertikales Sichtfeld von 15° bis 25°, vorzugsweise 20°, auf. Eine Sichtfeldmitte des vertikalen Sichtfelds verläuft parallel zu der Horizontalebene (Längsebene) des Fahrzeugs. Durch ein vergleichsweise großes vertikales Sichtfeld der Lidar-Sendeeinheit und der Lidar-Empfangseinheit wird eine ausreichende Grundlage für eine Auswahl des Objekterkennungsbereichs geschaffen.
Unter einer Focal Plane Array-Anordnung versteht sich eine Konfiguration der Sensor elemente (bzw. der Sendeelemente) im Wesentlichen in einer Ebene. Eine Lidar- Empfangseinheit ist insbesondere ein Mikrochip mit den entsprechenden Sensorele menten. Eine Lidar-Sendeeinheit ist ebenfalls insbesondere ein Mikrochip mit den entsprechenden Sendeelementen. Die Empfangs- und Sendeeinheit können auch ge-
I20056WO7741PT meinsam auf einem Mikrochip angeordnet sein. Die Sensorelemente sind auf einem Chip in Matrixform angeordnet. Die Sensorelemente sind über eine Fläche des Chips der Lidar-Empfangseinheit verteilt. Einem Sendeelement sind ein oder mehrere Sen sorelemente zugeordnet. Unter einem Lichtpuls einer Lidar-Sendeeinheit wird insbe sondere ein Puls von Laserlicht verstanden. Eine Umgebung eines Fahrzeugs umfasst insbesondere einen von dem Fahrzeug aus sichtbaren Bereich im Umfeld des Fahr zeugs. Der Nickwinkel (engl pitch angle) ist der Lagewinkel des Fahrzeugs, der Nick oder auch Stampfbewegung beschreibt bzw. quantifiziert. Der Nickwinkel quantifiziert eine Rotation um eine Querachse (Nickachse) des Fahrzeugs. Die Querachse ist die Körperachse, die quer zur normalen Bewegungsrichtung des Fahrzeuges steht. Die Horizontalebene des Fahrzeugs ist parallel zu einer Längs- und einer Querachse des Fahrzeugs.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lidar-Messvorrichtung gemäß einem As pekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anpassungsvorrich tung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines angepassten Sichtfelds einer Lidar- Messvorrichtung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Lidar-Sendeeinheit;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Lidar-Messvorrichtung; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Lidar-Messvorrichtung 10 zum Detektieren eines Objekts 12 in einer Umgebung eines Fahrzeugs 14 dargestellt. Die Lidar-Messvorrichtung 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in das Fahrzeug 14 integriert. Das Objekt 12 in der Umgebung des Fahrzeugs 14 kann beispielsweise ein anderes Fahrzeug oder auch ein statisches Objekt (Verkehrsschild, Haus, Baum etc.) bzw. ein anderer Verkehrsteilnehmer (Fußgänger, Radfahrer etc.) sein. Die Lidar- Messvorrichtung 10 ist vorzugsweise im Bereich einer Stoßstange des Fahrzeugs 14
I20056WO7741PT montiert und kann insbesondere die Umgebung des Fahrzeugs 14 vor dem Fahrzeug auswerten. Beispielsweise kann die Lidar-Messvorrichtung 10 in die vordere Stoß stange integriert sein.
Die erfindungsgemäße Lidar-Messvorrichtung 10 umfasst eine Lidar-Empfangseinheit 16 sowie eine Lidar-Sendeeinheit 18. Weiterhin umfasst die Lidar-Messvorrichtung 10 eine Anpassungsvorrichtung 20 zum Anpassen eines Sichtfelds der Lidar- Messvorrichtung 10.
Vorzugsweise sind sowohl die Lidar-Empfangseinheit 16 als auch die Lidar- Sendeeinheit 18 in Focal Plane Array-Konfiguration ausgebildet. Die Elemente der je weiligen Vorrichtung sind im Wesentlichen in einer Ebene auf einem entsprechenden Chip angeordnet. Der Chip der Lidar-Empfangseinheit bzw. der Lidar-Sendeeinheit ist in einem Brennpunkt einer entsprechenden Optik (Sendeoptik oder Empfangsoptik) angeordnet. Insbesondere sind Sensorelemente der Lidar-Empfangseinheit 16 bzw. Sendeelemente der Lidar-Sendeeinheit 18 im Brennpunkt der jeweiligen Empfangs- bzw. Sendeoptik angeordnet. Diese Optik kann beispielsweise durch ein optisches Lin sensystem ausgebildet sein.
Die Sensorelemente der Lidar-Empfangseinheit 16 sind vorzugsweise als SPAD (Single Photon Avalanche Diode) ausgebildet. Die Lidar-Sendeeinheit 18 umfasst mehrere Sendeelemente zum Aussenden von Laserlicht bzw. Laserpulsen. Die Sendeelemente sind vorzugsweise als VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) ausgebildet. Die Sendeelemente der Lidar-Sendeeinheit 18 sind über eine Fläche eines Sendechips ver teilt. Die Sensorelemente der Lidar-Empfangseinheit 16 sind über eine Fläche des Empfangschips verteilt.
Dem Sendechip ist eine Sendeoptik zugewiesen, dem Empfangschip ist eine Emp fangsoptik zugewiesen. Die Optik bildet ein aus einem Raumbereich eintreffendes Licht auf den jeweiligen Chip ab. Der Raumbereich entspricht dem Sichtbereich der Lidar-Messvorrichtung 10, der auf Objekte 12 untersucht bzw. sensiert wird. Der Raumbereich der Lidar-Empfangseinheit 16 bzw. der Lidar-Sendeeinheit 18 ist im We sentlichen identisch. Die Sendeoptik bildet ein Sendeelement auf einen Raumwinkel ab, der einen Teilbereich des Raumbereichs repräsentiert. Das Sendeelement sendet entsprechend Laserlicht in diesen Raumwinkel aus. Die Sendeelemente decken ge-
I20056WO7741PT meinsam den gesamten Raumbereich ab. Die Empfangsoptik bildet ein Sensorelement auf einen Raumwinkel ab, der einen Teilbereich des Raumbereichs darstellt. Die An zahl aller Sensorelemente deckt den gesamten Raumbereich ab. Sendeelemente und Sensorelemente, die denselben Raumwinkel betrachten, bilden aufeinander ab und sind entsprechend einander zugewiesen bzw. zugeordnet. Ein Laserlicht eines Sende elements bildet im Normalfall immer auf das zugehörige Sensorelement ab. Günsti gerweise sind mehrere Sensorelemente innerhalb des Raumwinkels eines Sendeele ments angeordnet.
Zur Ermittlung bzw. Detektion von Objekten 12 innerhalb des Raumbereichs führt die Lidar-Messvorrichtung 10 einen Messvorgang durch. Ein solcher Messvorgang umfasst einen oder mehrere Messzyklen, je nach konstruktivem Aufbau des Messsystems und dessen Elektronik. Vorzugsweise wird hierbei in der Steuereinheit 20 ein TCSPC- Verfahren (Time Correlated Single Photon Counting Verfahren) verwendet. Hierbei werden einzelne eintreffende Photonen detektiert, insbesondere durch eine SPAD, und der Zeitpunkt der Auslösung des Sensorelements (Detektionszeitpunkt) in einem Speicherelement abgelegt. Der Detektionszeitpunkt steht im Verhältnis zu einem Re ferenzzeitpunkt, zu dem das Laserlicht ausgesendet wird. Aus der Differenz lässt sich die Laufzeit des Laserlichts ermitteln, woraus der Abstand des Objekts 12 bestimmt werden kann.
Ein Sensorelement der Lidar-Empfangseinheit 16 kann einerseits von dem Laserlicht und andererseits von Umgebungsstrahlung ausgelöst werden. Ein Laserlicht trifft bei einem bestimmten Abstand des Objekts 12 immer zur gleichen Zeit ein, wohingegen die Umgebungsstrahlung jederzeit dieselbe Wahrscheinlichkeit bereitstellt, ein Senso relement auszulösen. Bei der mehrfachen Durchführung einer Messung, insbesondere mehrerer Messzyklen, summieren sich die Auslösungen des Sensorelements bei dem Detektionszeitpunkt, der der Laufzeit des Laserlichts bezüglich der Entfernung des Objekts entspricht, auf. Demgegenüber verteilen sich die Auslösungen durch die Um gebungsstrahlung gleichmäßig über die Messdauer eines Messzyklus. Eine Messung entspricht dem Aussenden und anschließendem Detektieren des Laserlichts. Die in dem Speicherelement abgelegten Daten der einzelnen Messzyklen eines Messvor gangs ermöglichen eine Auswertung der mehrfach ermittelten Detektionszeitpunkte, um auf den Abstand des Objekts 12 zu schließen.
I20056WO7741PT Ein Sensorelement ist günstigerweise mit einem TDC (Time to Digital Converter) ver bunden. Der TDC legt den Zeitpunkt des Auslösens des Sensorelements in dem Spei cherelement ab. Ein solches Speicherelement kann beispielsweise als Kurzzeitspeicher oder als Langzeitspeicher ausgebildet sein. Der TDC füllt für einen Messvorgang ein Speicherelement mit den Zeitpunkten, zu denen die Sensorelemente ein eintreffen des Photon detektieren. Dies lässt sich graphisch durch ein Histogramm darstellen, welches auf den Daten des Speicherelements basiert. Bei einem Histogramm ist die Dauer eines Messzyklus in sehr kurze Zeitabschnitte unterteilt (sogenannte Bins). Wird ein Sensorelement ausgelöst, so erhöht der TDC den Wert eines Bins um 1. Es wird der Bin aufgefüllt, welcher der Laufzeit des Laserpulses entspricht, also die Diffe renz zwischen Detektionszeitpunkt und Referenzzeitpunkt.
In der Fig. 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Anpassungsvorrichtung 20 zum Anpassen eines Sichtfelds einer Lidar-Messvorrichtung dargestellt. Die Anpassungs vorrichtung 20 umfasst eine Nickwinkelschätzeinheit 22, eine Bereichseinheit 24, eine Auswahleinheit 26 sowie eine Steuerschnittstelle 28. Die Anpassungsvorrichtung 20 kann zudem auch noch eine Umgebungssensorschnittstelle, über die Umgebungs sensordaten eines Umgebungssensors empfangen werden können und/oder eine La gesensorschnittstelle, über die Lagesensordaten eines Lagesensors empfangen wer den können, umfassen (nicht dargestellt). Die verschiedenen Einheiten und Schnitt stellen können einzeln oder kombiniert in Soft- und/oder in Hardware ausgeführt bzw. implementiert sein. Insbesondere können die Einheiten in Software implemen tiert sein, die auf einem Prozessor der Lidar-Messvorrichtung ausgeführt wird.
Die Nickwinkelschätzeinheit 22 kann beispielsweise zum Empfangen von Daten eines Lagesensors und/oder zum Empfangen von Daten eines Umgebungssensors und zum darauf basierenden Ermitteln des Nickwinkels des Fahrzeugs ausgebildet sein. Die Er mittlung bzw. Berechnung des Nickwinkels erfolgen dann mittels einer entsprechen den Auswertung. Vorzugsweise werden Point-Cloud-Daten der Lidar-Messvorrichtung ausgewertet, um beispielsweise eine Horizontlage, also einen Verlauf eines Horizonts, oder einen Fahrbahnverlauf, also eine Ausrichtung der Fahrbahn in einem Bereich vor dem Fahrzeug, zu ermitteln bzw. zu verfolgen.
Die Bereichseinheit 24 kann den Objekterkennungsbereich beispielsweise basierend auf einem vordefinierten Winkelparameter (der auch zweidimensional sein kann) er-
I20056WO7741PT mittein. Insbesondere kann der Winkelparameter dabei eine Abweichung von einer Ebene der Fahrbahn bzw. von einer Horizontebene nach oben und unten beschreiben.
Die Auswahleinheit 26 dient dazu, Zeilen von Sendeelementen und/oder Zeilen von Sensorelementen auszuwählen. Es ist sowohl möglich, dass nur Teile der Sendeele mente aktiviert werden, als auch dass nur Teile der Sensorelemente ausgelesen wer den. Ebenfalls ist es möglich, dass sowohl Zeilen von Sendeelementen als auch Zeilen von Sensorelementen ausgewählt werden.
Über die Steuerschnittstelle 28 wird die entsprechende Auswahl von Zeilen aktiviert. Die Steuerschnittstelle 28 ist dazu ausgebildet, die Lidar-Messvorrichtung bzw. einen Prozessor der Lidar-Messvorrichtung entsprechend anzusteuern.
In der Fig. 3 ist schematisch dargestellt, wie sich das Sichtfeld 30 des Fahrzeugs 14 ändert, wenn das Fahrzeug 14 beispielsweise aufgrund eines Bremsvorgangs nickt. Auf der linken Seite ist das Fahrzeug 14 in einer normalen Ausrichtung dargestellt. In der dargestellten Schnittansicht kann die Lidar-Empfangseinheit 16 bzw. die Lidar- Sendeeinheit 18 beispielsweise ein vertikales Sichtfeld 30 von 20° aufweisen (Sichtfeld mit einem Öffnungswinkel von 20°). Die Sichtfeldmitte des vertikalen Sichtfelds ver läuft parallel zu einer Längsachse L des Fahrzeugs 14 (parallel zu einer Horizontalebe ne des Fahrzeugs). Die Längsachse L verläuft deckungsgleich zu einer entsprechenden Achse L' des Bezugssystems (Horizontlinie). Die Hochachse H des Fahrzeugs 14 steht senkrecht auf der Fahrbahn und verläuft deckungsgleich zu einer entsprechenden Hochachse H' des Bezugssystems. In diesem Normalzustand des Fahrzeugs 14 kann die Lidar-Messvorrichtung 10 zwar Objekte innerhalb des gesamten Sichtfelds 30 de- tektieren, jedoch genügt eine Erfassung von Objekten innerhalb eines Objekterken nungsbereichs 32. Der Objekterkennungsbereich kann beispielsweise einen Bereich von ± 5° gegenüber der Horizontlinie umfassen. Der Objekterkennungsbereich 32 kann auch als aktives Sichtfeld bezeichnet werden.
Auf der rechten Seite der Fig. 3 ist die Situation dargestellt, wenn das Fahrzeug 14 ei ne Nickbewegung mit einem Nickwinkel N ausführt. Die Längsachse L bzw. die Hoch achse H sind gegenüber den entsprechenden Achsen L', H' des Bezugssystems ge neigt. Dadurch, dass die Lidar-Messvorrichtung 10 fest mit dem Fahrzeug 14 verbun den ist, ist das Sichtfeld der Lidar-Messvorrichtung bzw. der Lidar-Sendeeinheit und
I20056WO7741PT der Lidar-Empfangseinheit ebenfalls geneigt. Durch die erfindungsgemäße Anpas sungsvorrichtung wird es möglich, den Objekterkennungsbereich 32 so auszuwählen, dass immer noch derselbe Bereich von ± 5° gegenüber der Horizontlinie als aktives Sichtfeld gewählt wird und Objekte innerhalb dieses Bereichs erkannt werden können. Das Sichtfeld 30 der Lidar-Messvorrichtung 10 wird sozusagen nur teilweise verwen det.
Die dargestellte Situation bei einem Bremsmanöver ist beispielhaft zu verstehen. Auch eine Beladung des Fahrzeugs 14 oder ein Toleranzfehler in der Ausrichtung der Lidar-Messvorrichtung 10 in das Fahrzeug führt dazu, dass eine Anpassung des Sicht felds bzw. eine Auswahl eines Beobachtungsbereichs notwendig oder zielführend ist, wenn die Lidar-Messvorrichtung 10 ein ausreichend großes Sichtfeld aufweist.
In der Fig. 4 ist schematisch eine erfindungsgemäße Lidar-Sendeeinheit 18 dargestellt. Die Lidar-Sendeeinheit 18 umfasst eine Vielzahl an Sendeelementen 34, die in einer Vielzahl von Zeilen Zi - Ze angeordnet sind. In der Zeichnung sind aus Übersichtlich keitsgründen lediglich einige Zeilen bzw. eine Auswahl der Sendeelemente 34 darge stellt. Die Lidar-Sendeeinheit kann beispielsweise ein Array mit 128*128 Sendeele menten 34 umfassen.
Die Sendeelemente 34 sind zeilenweise aktivierbar. Dies bedeutet, dass alle Sende elemente 34, die in derselben Zeile Zi - Ze angeordnet sind, gleichzeitig aktiviert wer den können.
Dadurch, dass die Lidar-Sendeeinheit 18 in Focal Plane Array-Anordnung ausgebildet ist und fest mit dem Fahrzeug verbunden ist bzw. in das Fahrzeug eingebaut ist, kann die Ausrichtung des Arrays der Lidar-Sendeeinheit 18 gegenüber dem Fahrzeug wäh rend des Betriebs nicht verändert werden. Wenn sich beim Einbau eine Toleranz ergibt oder wenn das Fahrzeug eine Nickbewegung ausführt, verändert sich demnach eine Ausrichtung der Lidar-Sendeeinheit gegenüber dem Bezugssystem (der Straße, dem Horizont etc.). Erfindungsgemäß wird nur eine Auswahl der Zeilen Zi - Ze akti viert, um hierdurch einerseits Energie zu sparen und andererseits die verbleibenden Zeilen des gewünschten Objekterkennungsbereichs in höherer Frequenz ansteuern zu können.
I20056WO7741PT Es versteht sich, dass die Lidar-Empfangseinheit mit Sensorelementen entsprechend der Lidar-Sendeeinheit 18 ausgebildet ist. Üblicherweise sind die Lidar-Sendeeinheit 18 und die Lidar-Empfangseinheit 16 fest miteinander verbunden und vorzugsweise nebeneinander angeordnet, sodass sich die Ausrichtung beider ändert, wenn das Fahrzeug eine Bewegung ausführt. Analog zum Ansteuern der Sendeelemente 34 der Lidar-Sendeeinheit 18 können auch die Sensorelemente der Lidar-Empfangseinheit 16 zeilenweise ausgelesen werden. Hierdurch kann weiter Energie gespart werden bzw. die Auslesefrequenz erhöht werden.
In der Fig. 5 ist schematisch ein Fahrzeug 14 mit einer erfindungsgemäßen Lidar- Messvorrichtung 10 dargestellt. Neben der Lidar-Messvorrichtung 10 umfasst das Fahrzeug einen Umgebungssensor 36 sowie einen Lagesensor 38. Der Umgebungs sensor 36 kann beispielsweise eine Kamera umfassen und außerhalb der Lidar- Messvorrichtung 10 angeordnet sein. Der Lagesensor 38 kann beispielsweise eine Inertialmesseinheit umfassen und ebenfalls außerhalb der Lidar-Messvorrichtung 10 im Fahrzeug 14 angeordnet sein.
In der Fig. 6 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Anpassen eines Sichtfelds einer Lidar-Messvorrichtung in Focal Plane Array-Anordnung an einem Fahrzeug dargestellt. Das Fahrzeug umfasst Schritte des Ermittelns S10 eines Nickwin kels, des Ermittelns S12 eines gewünschten Objekterkennungsbereichs, des Ermittelns S14 einer Auswahl von Zeilen und des Aktivierens S16 der Auswahl von Zeilen. Das Verfahren kann beispielsweise in Software implementiert sein, die auf einem Prozes sor einer Lidar-Messvorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend be schrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht ein schränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsfor men beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter„umfassen" und„mit" nicht das Vor handensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der Undefinierte Artikel„ein" oder „eine" schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element
I20056WO7741PT oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprü chen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren ver schiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespei chert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf ei nem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Inter nets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugs zeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
I20056WO7741PT Bezugszeichen
10 Lidar-Messvorrichtung
12 Objekt
14 Fahrzeug
16 Lidar-Empfangseinheit
18 Lidar-Sendeeinheit
20 Anpassungsvorrichtung
22 Nickwinkelschätzeinheit
24 Bereichseinheit
26 Auswahleinheit
28 Steuerschnittstelle
30 Sichtfeld
32 Objekterkennungsbereich
34 Sendeelement
36 Umgebungssensor
38 Lagesensor
I20056WO7741PT

Claims

Patentansprüche
1. Anpassungsvorrichtung (20) zum Anpassen eines Sichtfelds (30) einer Lidar- Messvorrichtung (10) in Focal Plane Array-Anordnung an einem Fahrzeug (14), mit:
einer Nickwinkelschätzeinheit (22) zum Ermitteln eines Nickwinkels (N) des Fahrzeugs;
einer Bereichseinheit (24) zum Ermitteln eines gewünschten Objekterken nungsbereichs (32) in Bezug zu einer Ausrichtung des Fahrzeugs basierend auf dem Nickwinkel;
einer Auswahleinheit (26) zum Ermitteln einer Auswahl von parallel zu einer Horizontalebene des Fahrzeugs verlaufenden Zeilen (Zi-Ze) von Sendeelemen ten (34) einer Lidar-Sendeeinheit (18) der Lidar-Messvorrichtung und/oder Sensorelementen einer Lidar-Empfangseinheit (16) der Lidar-Messvorrichtung basierend auf dem gewünschten Objekterkennungsbereich; und
einer Steuerschnittstelle (28) zum Aktivieren der Auswahl von Zeilen von Sen deelementen der Lidar-Sendeeinheit und/oder Sensorelementen der Lidar- Empfangseinheit der Lidar-Messvorrichtung, um Objekte (12) innerhalb des Ob jekterkennungsbereichs zu detektieren.
2. Anpassungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, mit
einer Umgebungssensorschnittstelle zum Empfangen von Umgebungssensor daten eines Umgebungssensors (36), wobei
die Nickwinkelschätzeinheit (22) zum Ermitteln des Nickwinkels basierend auf den Umgebungssensordaten ausgebildet ist; und
die Umgebungssensordaten vorzugsweise Point-Cloud-Daten der Lidar- Messvorrichtung (10) mit Informationen zu Objekten (12) in einer Umgebung des Fahrzeugs (14) umfassen.
3. Anpassungsvorrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei die Nickwinkelschätzein heit (22)
zum Erkennen einer Horizontlage basierend auf den Umgebungssensordaten ausgebildet ist; und
zum Ermitteln des Nickwinkels basierend auf der Horizontlage ausgebildet ist.
I20056WO7741PT
4. Anpassungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Nickwinkelschätzeinheit (22)
zum Erkennen eines Fahrbahnverlaufs in einem Nahbereich des Fahrzeugs (14) basierend auf den Umgebungssensordaten ausgebildet ist; und
zum Ermitteln des Nickwinkels basierend auf dem Fahrbahnverlauf ausgebildet ist.
5. Anpassungsvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit
einer Lagesensorschnittstelle zum Empfangen von Lagesensordaten eines Lage sensors (38) an dem Fahrzeug (14), wobei
die Nickwinkelschätzeinheit (22) zum Ermitteln des Nickwinkels basierend auf den Lagesensordaten ausgebildet ist.
6. Anpassungsvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bereichseinheit (24) zum Ermitteln des gewünschten Objekterkennungsbe reichs (32) basierend auf einem vordefinierten Winkelparameter ausgebildet ist.
7. Lidar-Messvorrichtung (10) in Focal Plane Array-Anordnung zum Detektieren von Objekten (12) in einer Umgebung eines Fahrzeugs (14), mit:
einer Lidar-Sendeeinheit (18) mit einer Vielzahl an Sendeelementen (34) zum Aussenden von Lichtpulsen und einer Lidar-Empfangseinheit (16) mit einer Vielzahl von Sensorelementen zum Empfangen der Lichtpulse, wobei die Sen deelemente und die Sensorelemente in Zeilen (Zi-Ze) angeordnet sind, die pa rallel zu einer Horizontalebene des Fahrzeugs verlaufen; und
einer Anpassungsvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
8. Lidar-Messvorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die Lidar-Messvorrichtung zum Anbringen an ein Fahrzeug (14) in einem Bereich einer Stoßstange des Fahrzeugs ausgebildet ist.
9. Lidar-Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei
die Lidar-Sendeeinheit (18) und die Lidar-Empfangseinheit (16) ein vertikales Sichtfeld (30) von 15° bis 25°, vorzugsweise 20°, aufweisen; und
I20056WO7741PT eine Sichtfeldmitte des vertikalen Sichtfelds parallel zu der Horizontalebene des Fahrzeugs (14) verläuft.
10. Verfahren zum Anpassen eines Sichtfelds (30) einer Lidar-Messvorrichtung (10) in Focal Plane Array-Anordnung an einem Fahrzeug (14), mit den Schritten: Ermitteln (S10) eines Nickwinkels des Fahrzeugs;
Ermitteln (S12) eines gewünschten Objekterkennungsbereichs (32) in Bezug zu einer Ausrichtung des Fahrzeugs basierend auf dem Nickwinkel;
Ermitteln (S14) einer Auswahl von parallel zu einer Horizontalebene des Fahr zeugs verlaufenden Zeilen (Zi-Ze) von Sendeelementen (34) einer Lidar- Sendeeinheit (18) der Lidar-Messvorrichtung und/oder Sensorelementen einer Lidar-Empfangseinheit (16) der Lidar-Messvorrichtung basierend auf dem ge wünschten Objekterkennungsbereich; und
Aktivieren (S16) der Auswahl von Zeilen von Sendeelementen der Lidar- Sendeeinheit und/oder Sensorelementen der Lidar-Empfangseinheit der Lidar- Messvorrichtung, um Objekte (12) innerhalb des Objekterkennungsbereichs zu detektieren.
11. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach Anspruch 10, wenn der Programmcode auf einem Compu ter ausgeführt wird.
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