WO2021249983A1 - Method and device for ensuring an unambiguous range of a lidar sensor, and a lidar sensor of this kind - Google Patents

Method and device for ensuring an unambiguous range of a lidar sensor, and a lidar sensor of this kind Download PDF

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WO2021249983A1
WO2021249983A1 PCT/EP2021/065248 EP2021065248W WO2021249983A1 WO 2021249983 A1 WO2021249983 A1 WO 2021249983A1 EP 2021065248 W EP2021065248 W EP 2021065248W WO 2021249983 A1 WO2021249983 A1 WO 2021249983A1
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lidar sensor
echoes
time
range
time interval
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PCT/EP2021/065248
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Inventor
Reiner Schnitzer
Alexander Greiner
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • G01S7/4876—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection by removing unwanted signals

Definitions

  • the present invention relates to a method and device for ensuring a uniqueness range of a lidar sensor and to such a lidar sensor.
  • Lidar sensors in particular lidar sensors for means of locomotion, are known from the prior art, which carry out an environment detection on the basis of transmitted laser pulses and received echoes of these laser pulses.
  • a technical variant of such lidar sensors are so-called multipulse lidar sensors, which are set up to scan a respective area of the surroundings of the lidar sensors several times by means of a predefined pulse sequence. Respective measurements of the echoes of such pulse trains can then be jointly evaluated.
  • On the basis of such a plurality of measurements of a respective area of the environment it is possible, for example, to reduce individual measurement errors (e.g. due to dead times of SPAD sensors, etc.) and / or noise influences for the overall measurement.
  • DE102016011299A1 describes a laser scanner with at least one laser light source and a detector which is set up to send a first coded pulse train and a second coded pulse train. A pixel of a lidar image is determined based on the coded first pulse train and the second pulse train.
  • DE102017119321A1 describes a method for verifying an origin of a received signal that is transmitted to a receiving unit for electromagnetic Radiation of an electromagnetic sensor device of a vehicle is received.
  • a method for ensuring a uniqueness range of a lidar sensor is proposed.
  • a predefined pulse sequence of a laser light from the lidar sensor is advantageously transmitted by means of an evaluation unit according to the invention for multiple scanning of the same area of an area surrounding the lidar sensor.
  • Each pulse of the pulse sequence is transmitted at a respective transmission time, with a time interval immediately following each transmission time, so that a time interval is provided between two transmission times and at least two time intervals of the pulse sequence have a duration that deviates from one another.
  • a measurement for capturing echoes is preferably carried out for a duration of an entire time interval between two transmission times in order to achieve the largest possible measurement range.
  • the measuring range available in each case for the measurement has a shorter duration than the respective time interval.
  • a number of pulses per pulse sequence can in principle be determined as desired, but is preferably based on the respective areas of application and / or technical implementations of the lidar sensor. In principle, it can be assumed that the reliability of the method according to the invention increases with an increasing number of pulses per pulse train.
  • a suitable number of pulses per pulse sequence in connection with a scanning lidar sensor is, for example, between 3 and 30 pulses and preferably between 10 and 20 pulses, without restricting the method according to the invention to these value ranges.
  • all or at least a plurality of the time intervals of a respective pulse sequence have durations that differ from one another.
  • An exemplary sequence of time intervals is 2 ps, 2.1 ps, 2.2 ps, 2.3 ps,
  • a signal of the lidar sensor representing echoes of the transmitted pulse sequence recorded during the time interval from the surroundings of the lidar sensor is received, with the echo transit time of the echoes being the period between the beginning of the respective Time interval and the respective reception time of echoes is viewed within the respective time interval in the lidar sensor.
  • the definition of echo transit times applicable here only for objects within the uniqueness range of the lidar sensor corresponds to the real echo transit times of the echoes, while the echo transit times for objects outside the uniqueness range do not correspond to the actual echo transit times, but to the apparent echo transit times of the echoes.
  • At least one group of short-range echoes of the pulse train identifies which were each generated at a uniform spatial distance from the lidar sensor and which have uniform echo transit times.
  • the term “near range” and the term “far range” used below should not be understood to mean the usual classification of ranges of different types of sensors (e.g. a classification of ultrasonic sensors as short-range sensors and lidar sensors as long-range sensors) .
  • “near area” should be understood here to mean an area which lies within the unambiguous area, while “far area” should be understood to mean an area which lies outside of the unambiguous area.
  • a signal filtered in this way can be used particularly advantageously in an environment recognition following the signal acquisition by the lidar sensor (in particular but not exclusively in means of locomotion), since inter alia. the reliability of the environment recognition can be increased by masking out apparent echo propagation times that are potentially present in the signal.
  • the step of identifying the short-range echoes preferably comprises the following substeps: Generating a histogram on the basis of the signal from the lidar sensor, with those signal values of the respective Time intervals are added up which are at an identical time interval from the respective start of the respective associated time intervals and identify those added up values of the histogram which exceed a predefined threshold value.
  • the respective time intervals of a respective pulse train are “superimposed” in this way and the superimposed values from the individual time intervals are added up.
  • the near-range echoes can be Reliably identify echoes in the signal.
  • the predefined threshold value corresponds, for example, to a noise threshold value which is generally used to separate noise components in the signal of the lidar sensor from useful signal components.
  • a threshold value which deviates from such a noise threshold value and which is adapted to an optimal separation of the near-range echoes from the far-range echoes in the signal.
  • the method according to the invention particularly preferably further comprises a step of identifying at least one group of long-range echoes in the respective time intervals and a transmission time associated with each long-range echo, the long-range echoes each being generated at a uniform spatial distance from the lidar sensor and have inconsistent echo propagation times with respect to the start of that time interval in which the echoes were received, but each have a uniform time interval at their associated transmission time.
  • the long-range echoes are identified in such a way that, starting from an echo to be evaluated within the signal, those times in the signal are analyzed with regard to corresponding echoes, the time intervals between the echo to be evaluated and the time intervals between the transmission times of the Pulse sequence match.
  • an echo to be observed which was identified in the course of a peak value analysis in the signal, for example
  • an echo does not necessarily have to be present in the signal at all expected times, but that, for example, only a predefined minimum number of corresponding long-range echoes have to be determined for each echo to be considered.
  • This offers the advantage that any incorrect measurements and / or interferences at individual points in time to be examined in the signal do not lead to a long-range echo not being classified as such.
  • a suitable method for identifying potential candidates for long-range echoes within the signal on the basis of this advantageous embodiment it is also possible to implement the identification of long-range echoes with a particularly low computational effort.
  • the long-range echoes are preferably identified on the basis of a cross-correlation of a histogram (preferably a histogram as described above) of respective summed values of the respective time intervals of the signal from the lidar sensor with the predefined pulse sequence.
  • a histogram preferably a histogram as described above
  • an expected signature of the long-range echoes is searched for within the histogram. All echoes that do not match this signature are accordingly to be viewed as close-range echoes.
  • a lidar sensor used in connection with the method according to the invention is preferably a point scanner, a line scanner or a flash lidar sensor.
  • a device for ensuring a uniqueness range of a lidar sensor comprises an evaluation unit, which is designed, for example, as an ASIC, FPGA, processor, digital signal processor, microcontroller, or the like.
  • the evaluation unit is set up to use a lidar sensor to transmit a predefined pulse sequence of laser light from the lidar sensor for multiple scanning of the same area of the surroundings of the lidar sensor, each pulse of the pulse sequence being transmitted at a respective transmission time and immediately at each transmission time a time interval follows, so that a time interval is provided between two transmission times and at least two time intervals of the pulse train have a duration that deviates from one another.
  • the evaluation unit is also set up to receive a signal of the lidar sensor representing echoes of the transmitted pulse sequence generated from the surroundings of the lidar sensor, the echo transit time of the echoes being the period between the start of the respective time interval and the respective reception time of echoes within the respective Time interval is viewed in the lidar sensor.
  • the evaluation unit is also set up to identify at least one group of short-range echoes of the pulse train, which were each generated at a uniform spatial distance from the lidar sensor and which have uniform echo transit times.
  • a lidar sensor which comprises a device according to the second-mentioned aspect of the invention.
  • the features, feature combinations and the advantages resulting from these correspond to those set out in connection with the first and second aspects of the invention mentioned in such a way that reference is made to the above statements to avoid repetition.
  • Figure 1 is a schematic overview of an inventive
  • Figure 2 shows a first example of a means of the invention
  • Figure 3a shows a second example of a means of the invention
  • FIG. 3b shows a histogram based on that shown in FIG. 3a
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a lidar sensor 1 according to the invention.
  • the lidar sensor 1 comprises an evaluation unit 90, which is designed here as an ASIC.
  • an evaluation unit 90 which is designed here as an ASIC.
  • In the vicinity of the lidar sensor 1 there is at least one close object 100 that is located within a uniqueness area 110 of the lidar sensor 1 and at least one distant object 105 that is located outside of the uniqueness area 110 of the lidar sensor 1.
  • close-range echoes are consequently generated by the close-up object 100 and far-range echoes are generated by the distant object.
  • laser pulses are to be emitted in a short time sequence, since short signal propagation times are to be expected and since short-term changes in the environment are also to be recognized. This harbors the risk that long-range echoes, some of which have significantly longer transit times than short-range echoes, are incorrectly interpreted as close-range echoes of a laser pulse that is not transmitted until later, which falsifies the measurement.
  • FIG. 2 shows a first example of a pulse train 10 generated by the method according to the invention.
  • the pulses 20 of the pulse train 10 shown here represent an extract from a pulse train 10 comprising a total of twenty pulses 20 here third transmission times 40, 50, 60 transmitted by means of the lidar sensor 1.
  • the respective first, second and third time intervals 42, 52, 62 which are all different from one another, lie between the respective transmission times 40, 50, 60. Within the total or within parts of the time intervals 42, 52, 62, echoes of the transmitted pulses 20 generated in the vicinity of the lidar sensor 1 are detected by the lidar sensor 1. A distance between the lidar sensor 1 and the objects 100, 105 in the vicinity remains constant during the pulse train 10.
  • close-range echoes 70 are shown in each of the time intervals 42, 52, 62, which were generated by objects 100 in the vicinity of the lidar sensor 1.
  • long-range echoes 75 are shown in the second time interval 52 and in the third time interval 62, which were generated by a distant object 105 in the vicinity of the lidar sensor 1. Due to the variation of the time intervals 42, 52, 62 between the respective pulses 20, there is a different time interval between the reception of the long-range echoes 75 and the beginning of the respective time intervals 52, 62 in which these long-range echoes 75 were received.
  • short-range echoes 70 with a constant time interval from the beginning of the respective time intervals 42, 52, 62 in which these echoes were received from long-range echoes 75 with a varying time interval from Differentiate the beginning of the respective time intervals 42, 52, 62. Because a constant distance is to be expected between the objects 100, 105 and the lidar sensor 1, constant echo transit times must also be expected. If echoes with always the same echo propagation time are present for each time interval 42, 52, 62, then these are to be evaluated as close-range echoes 75.
  • the echo transit times can thus only be reliably determined from the near-range echoes 70. These echo propagation times can subsequently be used for further steps, for example for calculating the distance to nearby objects 100.
  • the long-range echoes 75 are also evaluated. To this end, it is first determined at which transmission times 40, 50, 60 the long-range echoes 75 are at a constant time interval. Since constant echo propagation times are also to be expected for the long-range echoes 75, the pulse 20 which triggers the respective long-range echoes 75 can thus be determined and the echo propagation time can then be calculated. Thus, the echo transit time of the long-range echoes 75 can subsequently also be used for further steps, for example for calculating the distance between the distant objects 105.
  • the long-range echoes 75 are advantageously identified via a cross-correlation of a histogram of the respective summed values of the respective time intervals 42, 52, 62 of the signal from the lidar sensor 1 with the pulse sequence 20. To increase the measurement accuracy, the identification of the short-range echoes 70 and the long-range echoes 75 are also carried out across pulse trains, in which case it is provided in particular that immediately successive pulse trains 10 have orthogonal codings.
  • FIG. 3a shows a second example for a pulse train 10 generated by means of the method according to the invention.
  • Respective successive time intervals 42, 52, 62 of the pulse train 20 are shown here one below the other.
  • Respective successive time intervals 42, 52, 62 of the pulse train 20 are shown here one below the other.
  • respective close-range echoes 70 of a close object 100 in the vicinity of the lidar sensor 1 the close-range echoes 70 of which have a constant time interval from the respective start of the respective time intervals 42, 52, 62.
  • respective long-range echoes 75 of a distant object 105 in the vicinity of the lidar sensor 1 are shown in the time intervals 52 and 62, each of which was generated by the pulse of the respective preceding time interval 42, 52. Due to the different durations of the respective time intervals 42, 52, 62, these long-range echoes 75 have correspondingly different time intervals from the respective start of those time intervals 42, 5262 in which they were received.
  • FIG. 3b shows a histogram which was determined on the basis of the pulse sequence 10 shown in FIG. 3a. For this purpose, those values from the individual time intervals 42, 52, 62 were added up which had an identical time interval to the beginning of the respective time intervals 42, 52,
  • threshold value 80 By using a suitable threshold value 80, it is now possible to clearly separate high total values for short-range echoes 70 from the proportions of long-range echoes 75 in the histogram by only considering those echoes that have been summed up in the respective time intervals 42, 52, 62 Values in the corresponding time interval in the histogram are above threshold value 80.

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Abstract

The present invention relates to a method and to a device for ensuring an unambiguous range of a lidar sensor (1), and to a lidar sensor (1). The method comprises the following steps: emitting a predefined pulse sequence (10) of a laser light of the lidar sensor (1) in order to scan the same region (30) of an area surrounding the lidar sensor (1) multiple times, each pulse (20) of the pulse sequence (10) being emitted at a respective point in time of transmission (40, 50, 60) and a time interval (42, 52, 62) directly following each point in time of transmission (40, 50, 60) such that a time interval (42, 52, 62) is provided in each case between two points in time of transmission (40, 50, 60), and at least two time intervals (42, 52, 62) of the pulse sequence (10) having a duration that differs from one another; receiving a signal of the lidar sensor (1) representing echoes of the emitted pulse sequence (10) captured from the area surrounding the lidar sensor (1), the period between the start of the respective time interval (42, 52, 62) and the respective point in time of echo reception within the respective time interval (42, 52, 62) in the lidar sensor (1) being regarded as the echo delay of the echoes; and identifying at least one group of near-range echoes (70) of the pulse sequence (10), which were generated by the lidar sensor (1) at a uniform spatial distance and which have uniform echo delays.

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren und Vorrichtung zur Sicherstellung eines Eindeutigkeitsbereichs einesMethod and device for ensuring a uniqueness range of a
Lidar-Sensors und einen solchen Lidar-Sensor Lidar sensor and such a lidar sensor
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Sicherstellung eines Eindeutigkeitsbereichs eines Lidar-Sensors und einen solchen Lidar-Sensor. The present invention relates to a method and device for ensuring a uniqueness range of a lidar sensor and to such a lidar sensor.
Aus dem Stand der Technik sind Lidar-Sensoren, insbesondere Lidar-Sensoren für Fortbewegungsmittel bekannt, welche auf Basis ausgesendeter Laserpulse und empfangener Echos dieser Laserpulse eine Umfelderfassung durchführen. Eine technische Variante solcher Lidar-Sensoren sind sogenannte Multipuls- Lidar-Sensoren, welche eingerichtet sind, einen jeweiligen Bereich des Umfeldes der Lidar-Sensoren mittels einer vordefinierten Pulsfolge mehrfach abzutasten. Jeweilige Messungen der Echos solcher Pulsfolgen können anschließend gemeinsam ausgewertet werden. Auf Basis einer solchen Mehrzahl von Messungen eines jeweiligen Bereichs des Umfeldes können beispielsweise einzelne Messfehler (z. B. aufgrund von Totzeiten von SPAD-Sensoren usw.) und/oder Rauscheinflüsse für die Gesamtmessung verringert werden. Lidar sensors, in particular lidar sensors for means of locomotion, are known from the prior art, which carry out an environment detection on the basis of transmitted laser pulses and received echoes of these laser pulses. A technical variant of such lidar sensors are so-called multipulse lidar sensors, which are set up to scan a respective area of the surroundings of the lidar sensors several times by means of a predefined pulse sequence. Respective measurements of the echoes of such pulse trains can then be jointly evaluated. On the basis of such a plurality of measurements of a respective area of the environment, it is possible, for example, to reduce individual measurement errors (e.g. due to dead times of SPAD sensors, etc.) and / or noise influences for the overall measurement.
DE102016011299A1 beschreibt einen Laserscanner mit mindestens einer Laserlichtquelle und einem Detektor, welcher eingerichtet ist, eine erste codierte Pulsfolge und eine zweite codierte Pulsfolge zu senden. Ein Bildpunkt eines Lidar-Bildes wird basierend auf der codierten ersten Pulsfolge und der zweiten Pulsfolge bestimmt. DE102016011299A1 describes a laser scanner with at least one laser light source and a detector which is set up to send a first coded pulse train and a second coded pulse train. A pixel of a lidar image is determined based on the coded first pulse train and the second pulse train.
DE102017119321A1 beschreibt ein Verfahren zum Verifizieren eines Ursprungs eines Empfangssignals, das an einer Empfangseinheit für elektromagnetische Strahlung einer elektromagnetischen Sensorvorrichtung eines Fahrzeugs empfangen wird. DE102017119321A1 describes a method for verifying an origin of a received signal that is transmitted to a receiving unit for electromagnetic Radiation of an electromagnetic sensor device of a vehicle is received.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Sicherstellung eines Eindeutigkeitsbereichs eines Lidar-Sensors vorgeschlagen. In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorteilhaft mittels einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit eine vordefinierte Pulsfolge eines Laserlichtes des Lidar-Sensors zum mehrfachen Abtasten eines selben Bereichs eines Umfeldes des Lidar-Sensors ausgesendet. Dabei wird jeder Puls der Pulsfolge zu einem jeweiligen Sendezeitpunkt ausgesendet, wobei sich unmittelbar an jeden Sendezeitpunkt ein Zeitintervall anschließt, so dass zwischen zwei Sendezeitpunkten jeweils ein Zeitintervall vorgesehen ist und wobei wenigstens zwei Zeitintervalle der Pulsfolge eine voneinander abweichende Dauer aufweisen. According to a first aspect of the present invention, a method for ensuring a uniqueness range of a lidar sensor is proposed. In a first step of the method according to the invention, a predefined pulse sequence of a laser light from the lidar sensor is advantageously transmitted by means of an evaluation unit according to the invention for multiple scanning of the same area of an area surrounding the lidar sensor. Each pulse of the pulse sequence is transmitted at a respective transmission time, with a time interval immediately following each transmission time, so that a time interval is provided between two transmission times and at least two time intervals of the pulse sequence have a duration that deviates from one another.
Vorzugsweise erfolgt während einer Dauer eines gesamten Zeitintervalls zwischen zwei Sendezeitpunkten eine Messung zum Erfassen von Echos, um einen möglichst großen Messbereich zu erzielen. Es ist aber auch denkbar, dass der für die Messung jeweils zur Verfügung stehende Messbereich eine kürzere Dauer aufweist, als das jeweilige Zeitintervall. Eine Anzahl von Pulsen pro Pulsfolge kann grundsätzlich beliebig festgelegt werden, orientiert sich aber bevorzugt an jeweiligen Einsatzgebieten und/oder technischen Realisierungen des Lidar-Sensors. Grundsätzlich kann angenommen werden, dass eine Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zunehmender Anzahl von Pulsen pro Pulsfolge zunimmt. Eine geeignete Anzahl von Pulsen pro Pulsfolge im Zusammenhang mit einem scannenden Lidar-Sensor liegt beispielsweise zwischen 3 und 30 Pulsen und bevorzugt zwischen 10 und 20 Pulsen, ohne das erfindungsgemäße Verfahren auf diese Wertebereiche einzuschränken. A measurement for capturing echoes is preferably carried out for a duration of an entire time interval between two transmission times in order to achieve the largest possible measurement range. However, it is also conceivable that the measuring range available in each case for the measurement has a shorter duration than the respective time interval. A number of pulses per pulse sequence can in principle be determined as desired, but is preferably based on the respective areas of application and / or technical implementations of the lidar sensor. In principle, it can be assumed that the reliability of the method according to the invention increases with an increasing number of pulses per pulse train. A suitable number of pulses per pulse sequence in connection with a scanning lidar sensor is, for example, between 3 and 30 pulses and preferably between 10 and 20 pulses, without restricting the method according to the invention to these value ranges.
Insbesondere bevorzugt weisen sämtliche oder zumindest eine Mehrzahl der Zeitintervalle einer jeweiligen Pulsfolge voneinander abweichende Dauern auf. Eine beispielshafte Abfolge von Zeitintervallen ist 2 ps, 2,1 ps, 2,2 ps, 2,3 ps,Particularly preferably, all or at least a plurality of the time intervals of a respective pulse sequence have durations that differ from one another. An exemplary sequence of time intervals is 2 ps, 2.1 ps, 2.2 ps, 2.3 ps,
2,4 ps usw. Somit werden besonders bevorzugt keine zwei aufeinanderfolgenden Pulse mit demselben zeitlichen Abstand ausgesendet. In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, bevorzugt mittels der Auswerteeinheit, ein Signal des Lidar-Sensors repräsentierend während des Zeitintervalls aus dem Umfeld des Lidar-Sensors erfasste Echos der ausgesendeten Pulsfolge empfangen, wobei als Echolaufzeit der Echos der Zeitraum zwischen dem Beginn des jeweiligen Zeitintervalls und dem jeweiligen Empfangszeitpunkt von Echos innerhalb des jeweiligen Zeitintervalls im Lidar- Sensor angesehen wird. Im Falle einer durchschnittlichen Dauer der Zeitintervalle von beispielsweise 2 ps ist es folglich möglich, Echos von Objekten im Umfeld des Lidar-Sensors innerhalb dieser 2 ps nach Aussenden des Pulses zu erfassen, welche dementsprechend eine maximale Entfernung vom Lidar- Sensor von etwa 300 m aufweisen. Eine solche maximale Entfernung von Objekten, welche zu einem Empfang von Echos in demjenigen Zeitintervall führen, welches unmittelbar an das Aussenden des Pulses anschließt, der dieses Echos erzeugt hat, wird nachfolgend als Eindeutigkeitsbereich des Lidar-Sensors bezeichnet. 2.4 ps etc. Thus, particularly preferably, no two successive pulses are transmitted with the same time interval. In a second step of the method according to the invention, preferably by means of the evaluation unit, a signal of the lidar sensor representing echoes of the transmitted pulse sequence recorded during the time interval from the surroundings of the lidar sensor is received, with the echo transit time of the echoes being the period between the beginning of the respective Time interval and the respective reception time of echoes is viewed within the respective time interval in the lidar sensor. In the case of an average duration of the time intervals of 2 ps, for example, it is consequently possible to detect echoes from objects in the vicinity of the lidar sensor within these 2 ps after the pulse has been emitted, which accordingly have a maximum distance from the lidar sensor of about 300 m . Such a maximum distance from objects, which lead to the reception of echoes in the time interval immediately following the emission of the pulse that generated this echo, is referred to below as the uniqueness range of the lidar sensor.
Falls in einem solchen Szenario im Umfeld abgetastete Objekte hingegen mit einer Entfernung von größer als 300 m zum Lidar-Sensor vorhanden sind, deren Echos aufgrund ihres Reflexionsgrades und/oder aufgrund ihrer Ausdehnung und/oder aufgrund vorliegender Umweltbedingungen mittels des Lidar-Sensors erfassbar sind, können diese i. d. R. (u. a. abhängig von der jeweils verwendeten Dauer des aktuellen Zeitintervalls) nicht mehr innerhalb desjenigen Zeitintervalls empfangen werden, welches unmittelbar an das Aussenden des Pulses anschließt, der diese Echos verursacht hat. Mit anderen Worten werden solche Echos erst in einem nachfolgenden Zeitintervall empfangen und würden ohne weitere Maßnahmen dort fälschlicherweise als Echos sehr nah liegender Objekte interpretiert werden. Dementsprechend liegen Objekte mit solchen Entfernungen zum Lidar-Sensor somit außerhalb des Eindeutigkeitsbereichs des Lidar- Sensors. Daher entspricht die hier geltende Definition der Echolaufzeiten nur für Objekte innerhalb des Eindeutigkeitsbereichs des Lidar-Sensors den realen Echolaufzeiten der Echos, während die Echolaufzeiten für Objekte außerhalb des Eindeutigkeitsbereichs nicht den tatsächlichen Echolaufzeiten, sondern scheinbaren Echolaufzeiten der Echos entsprechen. In contrast, if in such a scenario scanned objects are present in the vicinity at a distance of greater than 300 m from the lidar sensor, the echoes of which can be detected by means of the lidar sensor due to their degree of reflection and / or due to their extent and / or due to the prevailing environmental conditions, can this i. d. Usually (among other things, depending on the duration of the current time interval used) can no longer be received within the time interval which immediately follows the transmission of the pulse that caused these echoes. In other words, such echoes are only received in a subsequent time interval and without further measures would be incorrectly interpreted there as echoes from very close objects. Accordingly, objects with such distances from the lidar sensor are outside the unambiguous range of the lidar sensor. Therefore, the definition of echo transit times applicable here only for objects within the uniqueness range of the lidar sensor corresponds to the real echo transit times of the echoes, while the echo transit times for objects outside the uniqueness range do not correspond to the actual echo transit times, but to the apparent echo transit times of the echoes.
Aus diesem Grund wird in einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest eine Gruppe von Nahbereich-Echos der Pulsfolge identifiziert, welche jeweils in einem einheitlichen räumlichen Abstand vom Lidar- Sensor erzeugt wurden und welche einheitliche Echolaufzeiten aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass hier unter dem Begriff „Nahbereich“ und dem nachfolgend verwendeten Begriff „Fernbereich“ nicht die übliche Klassifizierung von Reichweiten unterschiedlicher Sensorarten verstanden werden soll (z. B. eine Klassifizierung von Ultraschallsensoren als Nahbereichssensoren und Lidar- Sensoren als Fernbereichssensoren). Stattdessen soll hier unter „Nahbereich“ ein Bereich verstanden werden, welcher innerhalb des Eindeutigkeitsbereichs liegt, während unter „Fernbereich“ ein Bereich verstanden werden soll, welcher außerhalb des Eindeutigkeitsbereichs liegt. For this reason, in a third step of the method according to the invention, at least one group of short-range echoes of the pulse train identifies which were each generated at a uniform spatial distance from the lidar sensor and which have uniform echo transit times. It should be noted that the term "near range" and the term "far range" used below should not be understood to mean the usual classification of ranges of different types of sensors (e.g. a classification of ultrasonic sensors as short-range sensors and lidar sensors as long-range sensors) . Instead, “near area” should be understood here to mean an area which lies within the unambiguous area, while “far area” should be understood to mean an area which lies outside of the unambiguous area.
Durch die Verwendung unterschiedlicher Dauern für die Zeitintervalle jeweiliger Pulsfolgen wird folglich eine Möglichkeit geschaffen, diejenigen Echos im Signal des Lidar-Sensors zu identifizieren, welche ausschließlich eindeutige Abstandsinformationen von Objekten im Umfeld des Lidar-Sensors repräsentieren. Ein solchermaßen gefiltertes Signal kann besonders vorteilhaft in einer der Signalerfassung durch den Lidar-Sensor nachgelagerten Umfelderkennung (insbesondere aber nicht ausschließlich in Fortbewegungsmitteln) verwendet werden, da u. a. eine Zuverlässigkeit der Umfelderkennung durch Ausblenden potentiell im Signal vorhandener scheinbarer Echolaufzeiten erhöht werden kann. Darüber hinaus ist es denkbar, ein solchermaßen gefiltertes Signal in Anwendungsbereichen zu verwenden, die sich von einer Umfelderkennung unterscheiden. The use of different durations for the time intervals of the respective pulse trains consequently creates the possibility of identifying those echoes in the signal from the lidar sensor which exclusively represent unambiguous distance information from objects in the vicinity of the lidar sensor. A signal filtered in this way can be used particularly advantageously in an environment recognition following the signal acquisition by the lidar sensor (in particular but not exclusively in means of locomotion), since inter alia. the reliability of the environment recognition can be increased by masking out apparent echo propagation times that are potentially present in the signal. In addition, it is conceivable to use a signal filtered in this way in application areas that differ from environment recognition.
Es sei darauf hingewiesen, dass es sowohl möglich ist, einen einzigen Eindeutigkeitsbereich für das erfindungsgemäße Verfahren zu verwenden, welcher für sämtliche erfassten Echos gleichermaßen gilt (z. B. auf Basis einer durchschnittlichen Dauer sämtlicher Zeitintervalle bestimmt), als auch an die jeweiligen vorangegangenen Zeitintervalle angepasste Eindeutigkeitsbereiche zu verwenden, welche die unterschiedlichen Dauern der jeweiligen Zeitintervalle berücksichtigen. It should be noted that it is possible to use a single uniqueness range for the method according to the invention, which applies equally to all recorded echoes (e.g. determined on the basis of an average duration of all time intervals), and to the respective previous time intervals to use adapted uniqueness ranges which take into account the different durations of the respective time intervals.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The subclaims show preferred developments of the invention.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Identifizierens der Nahbereichs-Echos nachfolgende Unterschritte: Erzeugen eines Histogramms auf Basis des Signals des Lidar-Sensors, wobei jeweils diejenigen Signalwerte der jeweiligen Zeitintervalle aufsummiert werden, welche einen identischen zeitlichen Abstand vom jeweiligen Beginn der jeweils zugehörigen Zeitintervalle aufweisen und Identifizieren derjenigen aufsummierten Werte des Histogramms, welche einen vordefinierten Schwellenwert überschreiten. Mit anderen Worten werden auf diese Weise die jeweiligen Zeitintervalle einer jeweiligen Pulsfolge „überlagert“ und jeweils überlagerte Werte aus den einzelnen Zeitintervallen aufsummiert. Für Nahbereichs-Echos ergeben sich daher im resultierenden Histogramm besonders hohe Werte, da die Nahbereichs-Echos, welche beispielsweise von einem einzelnen Objekt im Nahbereich erzeugt werden, stets zum gleichen Zeitpunkt in den jeweiligen Zeitintervallen auftreten. Evtl vorhandene Fernbereichs-Echos hingegen werden durch die verwendeten unterschiedlichen Dauern der jeweiligen Zeitintervalle an unterschiedlichen Stellen im Histogramm verteilt (oder auch „verschmiert“), wodurch diese im Zuge des Aufsummierens im Vergleich mit den aufsummierten Werten der Nahbereichs-Echos keine ausgeprägt hohen Gesamtwerte erzeugen. Indem der vordefinierte Schwellenwert derart festgelegt wird, dass im Wesentlichen alle durch die Nahbereichs-Echos erzeugten Werte des resultierenden Histogramms oberhalb des Schwellenwertes liegen und im Wesentlichen alle durch die Fernbereichs- Echos erzeugten Werte des resultierenden Histogramms unterhalb des Schwellenwertes liegen, lassen sich die Nahbereichs-Echos zuverlässig im Signal identifizieren. Der vordefinierte Schwellenwert entspricht beispielsweise einem Rauschschwellenwert, welcher allgemein verwendet wird, um Rauschanteile im Signal des Lidar-Sensors von Nutzsignalanteilen zu trennen. Alternativ ist es auch möglich, einen von einem solchen Rauschschwellenwert abweichenden Schwellenwert festzulegen, welcher an eine optimale Separierung der Nahbereichs-Echos von den Fernbereichs-Echos im Signal angepasst ist. The step of identifying the short-range echoes preferably comprises the following substeps: Generating a histogram on the basis of the signal from the lidar sensor, with those signal values of the respective Time intervals are added up which are at an identical time interval from the respective start of the respective associated time intervals and identify those added up values of the histogram which exceed a predefined threshold value. In other words, the respective time intervals of a respective pulse train are “superimposed” in this way and the superimposed values from the individual time intervals are added up. For short-range echoes, therefore, particularly high values result in the resulting histogram, since the short-range echoes, which are generated, for example, by an individual object in the close-up range, always occur at the same point in time in the respective time intervals. Any long-range echoes that may be present, on the other hand, are distributed (or "smeared") at different points in the histogram due to the different durations used for the respective time intervals, which means that they do not generate significantly high overall values in the course of the summing up in comparison with the summated values of the short-range echoes . By defining the predefined threshold value in such a way that essentially all of the values of the resulting histogram generated by the near-range echoes are above the threshold value and essentially all of the values of the resulting histogram generated by the far-range echoes are below the threshold value, the near-range echoes can be Reliably identify echoes in the signal. The predefined threshold value corresponds, for example, to a noise threshold value which is generally used to separate noise components in the signal of the lidar sensor from useful signal components. Alternatively, it is also possible to define a threshold value which deviates from such a noise threshold value and which is adapted to an optimal separation of the near-range echoes from the far-range echoes in the signal.
Besonders bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiter einen Schritt zum Identifizieren zumindest einer Gruppe von Fernbereichs-Echos in den jeweiligen Zeitintervallen sowie eines zu jedem Fernbereich-Echo zugehörigen Sendezeitpunktes, wobei die Fernbereichs-Echos jeweils in einem einheitlichen räumlichen Abstand vom Lidar-Sensor erzeugt wurden und uneinheitliche Echolaufzeiten bezüglich des Beginns desjenigen Zeitintervalls aufweisen, in welchem die Echos empfangen wurden, aber jeweils zu ihrem zugehörigen Sendezeitpunkt einen einheitlichen zeitlichen Abstand aufweisen. Dies bietet den Vorteil, dass nicht nur, wie oben beschrieben, diejenigen Echos identifiziert und somit aus dem Signal des Lidar-Sensors extrahierbar sind, welche innerhalb des Eindeutigkeitsbereichs erzeugt wurden, sondern dass zusätzlich die im Signal enthaltenen Informationen über diejenigen Echos berücksichtigt werden können, welche außerhalb des Eindeutigkeitsbereichs erzeugt wurden. Durch das Identifizieren der jeweiligen Sendezeitpunkte der im Signal enthaltenen Fernbereichs-Echos ist es anschließend möglich, die jeweiligen Fernbereichs- Echos ihrem eigentlichen Sendeintervall zuzuordnen und diese gemeinsam mit jeweiligen Nahbereichs-Echos dieses Sendeintervalls auszuwerten. Dadurch lässt sich eine besonders vorteilhafte Erweiterung des Eindeutigkeitsbereichs des Lidar-Sensors erzeugen. The method according to the invention particularly preferably further comprises a step of identifying at least one group of long-range echoes in the respective time intervals and a transmission time associated with each long-range echo, the long-range echoes each being generated at a uniform spatial distance from the lidar sensor and have inconsistent echo propagation times with respect to the start of that time interval in which the echoes were received, but each have a uniform time interval at their associated transmission time. This offers the advantage that not only, as described above, those echoes identified and thus extractable from the signal of the lidar sensor which are within the Uniqueness area were generated, but that in addition the information contained in the signal about those echoes that were generated outside the uniqueness area can be taken into account. By identifying the respective transmission times of the long-range echoes contained in the signal, it is then possible to assign the respective long-range echoes to their actual transmission interval and to evaluate them together with the respective short-range echoes of this transmission interval. This enables a particularly advantageous expansion of the uniqueness range of the lidar sensor to be generated.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Identifizieren der Fernbereichs-Echos derart, dass ausgehend von einem zu bewertenden Echo innerhalb des Signals, diejenigen Zeitpunkte im Signal hinsichtlich korrespondierender Echos analysiert werden, deren zeitliche Abstände vom zu bewertenden Echo mit den zeitlichen Abständen der Sendezeitpunkte der Pulsfolge übereinstimmen. Mit anderen Worten ist es möglich, ein zu betrachtendes Echo (welches beispielsweise im Zuge einer Spitzenwertanalyse im Signal identifiziert wurde) als Fernbereichs-Echos zu identifizieren, indem im Signal des Lidar-Sensors in jeweiligen zeitlichen Abständen der vordefinierten Pulsfolge weitere Echos identifiziert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass zur Identifizierung eines Fernbereichs-Echos nicht zwangsläufig an allen erwarteten Zeitpunkten im Signal ein Echo vorliegen muss, sondern dass beispielsweise nur eine vordefinierte Mindestanzahl korrespondierender Fernbereichs-Echos zu jedem zu betrachtenden Echo ermittelt werden muss. Dies bietet den Vorteil, dass evtl. Fehlmessungen und/oder Störungen zu einzelnen zu untersuchenden Zeitpunkten im Signal nicht dazu führen, dass ein Fernbereichs-Echos nicht als solches klassifiziert wird. Insbesondere in Verbindung mit einer geeigneten Methode zur Identifizierung potentieller Kandidaten für Fernbereichs-Echos innerhalb des Signals, ist es auf Basis dieser vorteilhaften Ausgestaltung zudem möglich, die Identifizierung von Fernbereichs-Echos mit einem besonders geringen Berechnungsaufwand umzusetzen. In one embodiment of the method according to the invention, the long-range echoes are identified in such a way that, starting from an echo to be evaluated within the signal, those times in the signal are analyzed with regard to corresponding echoes, the time intervals between the echo to be evaluated and the time intervals between the transmission times of the Pulse sequence match. In other words, it is possible to identify an echo to be observed (which was identified in the course of a peak value analysis in the signal, for example) as long-range echoes by identifying further echoes in the signal of the lidar sensor at respective time intervals of the predefined pulse sequence. It should be pointed out that, in order to identify a long-range echo, an echo does not necessarily have to be present in the signal at all expected times, but that, for example, only a predefined minimum number of corresponding long-range echoes have to be determined for each echo to be considered. This offers the advantage that any incorrect measurements and / or interferences at individual points in time to be examined in the signal do not lead to a long-range echo not being classified as such. In particular in connection with a suitable method for identifying potential candidates for long-range echoes within the signal, on the basis of this advantageous embodiment it is also possible to implement the identification of long-range echoes with a particularly low computational effort.
Vorzugsweise erfolgt das Identifizieren der Fernbereichs-Echos auf Basis einer Kreuzkorrelation eines Histogramms (bevorzugt ein Histogramm gemäß obenstehender Beschreibung) jeweiliger aufsummierter Werte der jeweiligen Zeitintervalle des Signals des Lidar-Sensors mit der vordefinierten Pulsfolge. Mit anderen Worten wird innerhalb des Histogramms nach einer zu erwartenden Signatur der Fernbereichs-Echos gesucht. Alle Echos die nicht zu dieser Signatur passen sind entsprechend als Nahbereich-Echos anzusehen. The long-range echoes are preferably identified on the basis of a cross-correlation of a histogram (preferably a histogram as described above) of respective summed values of the respective time intervals of the signal from the lidar sensor with the predefined pulse sequence. With In other words, an expected signature of the long-range echoes is searched for within the histogram. All echoes that do not match this signature are accordingly to be viewed as close-range echoes.
Ein im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzter Lidar-Sensor ist bevorzugt ein Punktscanner, ein Linienscanner oder ein Flash- Lidar-Sensor. A lidar sensor used in connection with the method according to the invention is preferably a point scanner, a line scanner or a flash lidar sensor.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Sicherstellung eines Eindeutigkeitsbereichs eines Lidar-Sensors vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst eine Auswerteeinheit, welche beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet ist. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, mittels eines Lidar-Sensors eine vordefinierten Pulsfolge eines Laserlichtes des Lidar- Sensors zum mehrfachen Abtasten eines selben Bereichs eines Umfelds des Lidar-Sensors auszusenden, wobei jeder Puls der Pulsfolge zu einem jeweiligen Sendezeitpunkt ausgesendet wird und sich unmittelbar an jeden Sendezeitpunkt ein Zeitintervall anschließt, so dass zwischen zwei Sendezeitpunkten jeweils ein Zeitintervall vorgesehen ist und wenigstens zwei Zeitintervalle der Pulsfolge eine voneinander abweichende Dauer aufweisen. Die Auswerteinheit ist zudem eingerichtet, ein Signal des Lidar-Sensors repräsentierend aus dem Umfeld des Lidar-Sensors erzeugte Echos der ausgesendeten Pulsfolge zu empfangen, wobei als Echolaufzeit der Echos der Zeitraum zwischen dem Beginn des jeweiligen Zeitintervalls und dem jeweiligen Empfangszeitpunkt von Echos innerhalb des jeweiligen Zeitintervalls im Lidar-Sensor angesehen wird. Die Auswerteinheit ist darüber hinaus eingerichtet, zumindest eine Gruppe von Nahbereichs-Echos der Pulsfolge zu identifizieren, welche jeweils in einem einheitlichen räumlichen Abstand vom Lidar-Sensor erzeugt wurden und welche einheitliche Echolaufzeiten aufweisen. According to a second aspect of the present invention, a device for ensuring a uniqueness range of a lidar sensor is proposed. The device comprises an evaluation unit, which is designed, for example, as an ASIC, FPGA, processor, digital signal processor, microcontroller, or the like. The evaluation unit is set up to use a lidar sensor to transmit a predefined pulse sequence of laser light from the lidar sensor for multiple scanning of the same area of the surroundings of the lidar sensor, each pulse of the pulse sequence being transmitted at a respective transmission time and immediately at each transmission time a time interval follows, so that a time interval is provided between two transmission times and at least two time intervals of the pulse train have a duration that deviates from one another. The evaluation unit is also set up to receive a signal of the lidar sensor representing echoes of the transmitted pulse sequence generated from the surroundings of the lidar sensor, the echo transit time of the echoes being the period between the start of the respective time interval and the respective reception time of echoes within the respective Time interval is viewed in the lidar sensor. The evaluation unit is also set up to identify at least one group of short-range echoes of the pulse train, which were each generated at a uniform spatial distance from the lidar sensor and which have uniform echo transit times.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lidar-Sensor vorgeschlagen, welcher eine Vorrichtung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt umfasst. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erst- und zweitgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Kurze Beschreibung der Zeichnungen According to a third aspect of the present invention, a lidar sensor is proposed which comprises a device according to the second-mentioned aspect of the invention. The features, feature combinations and the advantages resulting from these correspond to those set out in connection with the first and second aspects of the invention mentioned in such a way that reference is made to the above statements to avoid repetition. Brief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen: Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. Show:
Figur 1 eine schematische Übersicht über einen erfindungsgemäßenFigure 1 is a schematic overview of an inventive
Lidar-Sensor; Lidar sensor;
Figur 2 ein erstes Beispiel für eine mittels des erfindungsgemäßenFigure 2 shows a first example of a means of the invention
Verfahrens erzeugte Pulsfolge; Process generated pulse train;
Figur 3a ein zweites Beispiel für eine mittels des erfindungsgemäßenFigure 3a shows a second example of a means of the invention
Verfahrens erzeugte Pulsfolge; und Process generated pulse train; and
Figur 3b ein Histogramm, welches auf Basis der in Figur 3a dargestelltenFIG. 3b shows a histogram based on that shown in FIG. 3a
Pulsfolge ermittelt wurde. Pulse sequence has been determined.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Figur 1 zeigt eine schematische Übersicht über einen erfindungsgemäßen Lidar- Sensor 1. Der Lidar-Sensor 1 umfasst eine Auswerteinheit 90, welche hier als ASIC ausgebildet ist. Im Umfeld des Lidar-Sensors 1 befinden sich zumindest ein nahes Objekt 100, welches sich innerhalb eines Eindeutigkeitsbereichs 110 des Lidar-Sensors 1 befindet und zumindest ein fernes Objekt 105, welches sich außerhalb des Eindeutigkeitsbereichs 110 des Lidar-Sensors 1 befindet. FIG. 1 shows a schematic overview of a lidar sensor 1 according to the invention. The lidar sensor 1 comprises an evaluation unit 90, which is designed here as an ASIC. In the vicinity of the lidar sensor 1 there is at least one close object 100 that is located within a uniqueness area 110 of the lidar sensor 1 and at least one distant object 105 that is located outside of the uniqueness area 110 of the lidar sensor 1.
Werden die Objekte 100, 105 durch den Lidar-Sensor 1 erfasst, so werden folglich durch das nahe Objekt 100 Nahbereichs-Echos und durch das entfernte Objekt Fernbereichs-Echos erzeugt. Soll mit dem Lidar-Sensor 1 ein Nahbereich vermessen werden, so sind Laserpulse in kurzer zeitlicher Abfolge auszusenden, da mit kurzen Signallaufzeiten zu rechnen ist und da auch kurzfristige Änderungen des Umfelds erkannt werden sollen. Dies birgt die Gefahr, dass Fernbereichs-Echos, die teils erheblich längere Laufzeiten aufweisen als Nahbereichs-Echos, fälschlich als Nahbereichs-Echo eines erst später ausgesandten Laserpulses interpretiert werden, wodurch die Messung verfälscht wird. Durch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das durch die Auswerteeinheit 90 ausgeführt und nachfolgend beschrieben wird, lassen sich Nahbereichs-Echos und Fernbereichs-Echos zuverlässig identifiziert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hier in Form eines durch die Auswerteeinheit 90 ausführbaren Computerprogramms realisiert. If the objects 100, 105 are detected by the lidar sensor 1, close-range echoes are consequently generated by the close-up object 100 and far-range echoes are generated by the distant object. If a close range is to be measured with the lidar sensor 1, then laser pulses are to be emitted in a short time sequence, since short signal propagation times are to be expected and since short-term changes in the environment are also to be recognized. This harbors the risk that long-range echoes, some of which have significantly longer transit times than short-range echoes, are incorrectly interpreted as close-range echoes of a laser pulse that is not transmitted until later, which falsifies the measurement. By means of an example of a method according to the invention, which is carried out by the evaluation unit 90 and described below, short-range echoes and long-range echoes can be reliably identified. The method according to the invention is implemented here in the form of a computer program that can be executed by the evaluation unit 90.
Figur 2 zeigt ein erstes Beispiel für eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Pulsfolge 10. Die hier gezeigten Pulse 20 der Pulsfolge 10 stellen einen Auszug aus einer hier insgesamt zwanzig Pulse 20 umfassenden Pulsfolge 10 dar. Die dargestellten Pulse 20 werden zu jeweiligen ersten, zweiten und dritten Sendezeitpunkten 40, 50, 60 mittels des Lidar-Sensors 1 ausgesendet. FIG. 2 shows a first example of a pulse train 10 generated by the method according to the invention. The pulses 20 of the pulse train 10 shown here represent an extract from a pulse train 10 comprising a total of twenty pulses 20 here third transmission times 40, 50, 60 transmitted by means of the lidar sensor 1.
Zwischen den jeweiligen Sendezeitpunkten 40, 50, 60 liegen die jeweiligen ersten, zweiten und dritten Zeitintervalle 42, 52, 62, welche allesamt verschieden voneinander sind. Innerhalb der gesamten oder innerhalb von Teilen der Zeitintervalle 42, 52, 62 werden im Umfeld des Lidar-Sensors 1 erzeugte Echos der ausgesendeten Pulse 20 durch den Lidar-Sensor 1 erfasst. Ein Abstand zwischen dem Lidar-Sensor 1 und den Objekten 100, 105 in der Umgebung bleibt während der Pulsfolge 10 konstant. The respective first, second and third time intervals 42, 52, 62, which are all different from one another, lie between the respective transmission times 40, 50, 60. Within the total or within parts of the time intervals 42, 52, 62, echoes of the transmitted pulses 20 generated in the vicinity of the lidar sensor 1 are detected by the lidar sensor 1. A distance between the lidar sensor 1 and the objects 100, 105 in the vicinity remains constant during the pulse train 10.
Weiterhin sind in jedem der Zeitintervalle 42, 52, 62 Nahbereichs-Echos 70 dargestellt, welche durch nahe Objekte 100 im Umfeld des Lidar-Sensors 1 erzeugt wurden. Darüber hinaus sind im zweiten Zeitintervall 52 und im dritten Zeitintervall 62 jeweils Fernbereichs-Echos 75 dargestellt, welche von einem fernen Objekt 105 im Umfeld des Lidar-Sensors 1 erzeugt wurden. Aufgrund der Variation der Zeitintervalle 42, 52, 62 zwischen den jeweiligen Pulsen 20 ergibt sich jeweils ein unterschiedlicher zeitlicher Abstand zwischen dem Empfang der Fernbereichs-Echos 75 und dem Beginn der jeweiligen Zeitintervalle 52, 62 in denen diese Fernbereichs-Echos 75 empfangen wurden. Furthermore, close-range echoes 70 are shown in each of the time intervals 42, 52, 62, which were generated by objects 100 in the vicinity of the lidar sensor 1. In addition, long-range echoes 75 are shown in the second time interval 52 and in the third time interval 62, which were generated by a distant object 105 in the vicinity of the lidar sensor 1. Due to the variation of the time intervals 42, 52, 62 between the respective pulses 20, there is a different time interval between the reception of the long-range echoes 75 and the beginning of the respective time intervals 52, 62 in which these long-range echoes 75 were received.
Zur Auswertung des Signals von dem Lidar-Sensor 1 lassen sich auf diese Weise Nahbereichs-Echos 70 mit konstantem zeitlichen Abstand zum Beginn der jeweiligen Zeitintervalle 42, 52, 62, in welchen diese Echos empfangen wurden von Fernbereichs-Echos 75 mit variierendem zeitlichen Abstand zum Beginn der jeweiligen Zeitintervalle 42, 52, 62 unterscheiden. Da ein konstanter Abstand zwischen den Objekten 100, 105 und dem Lidar-Sensor 1 zu erwarten ist, ist ebenso mit stets konstanten Echolaufzeiten zu rechnen. Sollten für jedes Zeitintervall 42, 52, 62 Echos mit stets gleicher Echolaufzeit vorhanden sein, so sind diese als Nahbereichs-Echos 75 zu werten. Sollten sich jedoch für ein Echo aus einem Zeitintervall 42, 52, 62 in den anderen Zeitintervallen 42, 52, 62 keine Echos finden lassen, die dieselbe Echolaufzeit aufweisen, so liegt ein Fernbereichs-Echo 75 vor, dessen zugehöriger Puls 20 nicht zu dem Sendezeitpunkt 40, 50, 60 ausgesandt wurde, der am Beginn des Zeitintervalls 42, 52, 62 liegt, in dem das Fernbereichs-Echo 75 empfangen wurde. To evaluate the signal from the lidar sensor 1, short-range echoes 70 with a constant time interval from the beginning of the respective time intervals 42, 52, 62 in which these echoes were received from long-range echoes 75 with a varying time interval from Differentiate the beginning of the respective time intervals 42, 52, 62. Because a constant distance is to be expected between the objects 100, 105 and the lidar sensor 1, constant echo transit times must also be expected. If echoes with always the same echo propagation time are present for each time interval 42, 52, 62, then these are to be evaluated as close-range echoes 75. However, if no echoes with the same echo propagation time can be found for an echo from a time interval 42, 52, 62 in the other time intervals 42, 52, 62, then there is a long-range echo 75 whose associated pulse 20 is not at the time of transmission 40, 50, 60 was sent, which lies at the beginning of the time interval 42, 52, 62 in which the long-range echo 75 was received.
Somit lassen sich zuverlässig die Echolaufzeiten nur von den Nahbereichs- Echos 70 ermitteln. Diese Echolaufzeiten können nachfolgend für weitere Schritte verwendet werden, beispielsweise zur Abstandsberechnung der nahen Objekte 100. The echo transit times can thus only be reliably determined from the near-range echoes 70. These echo propagation times can subsequently be used for further steps, for example for calculating the distance to nearby objects 100.
In einer bevorzugten Weiterbildung werden zusätzlich zu den Nahbereichs-Echos 70 auch die Fernbereichs-Echos 75 ausgewertet. Dazu wird zunächst ermittelt, zu welchen Sendezeitpunkten 40, 50, 60 die Fernbereichs-Echos 75 einen konstanten zeitlichen Abstand aufweisen. Da auch für die Fernbereichs-Echos 75 konstante Echolaufzeiten zu erwarten sind, kann somit der für die jeweiligen Fernbereichs-Echos 75 auslösende Puls 20 ermittelt und anschließend die Echolaufzeit berechnet werden. Somit kann auch die Echolaufzeit der Fernbereichs-Echos 75 nachfolgend für weitere Schritte verwendet werden, beispielsweise zur Abstandsberechnung der fernen Objekte 105. In a preferred development, in addition to the short-range echoes 70, the long-range echoes 75 are also evaluated. To this end, it is first determined at which transmission times 40, 50, 60 the long-range echoes 75 are at a constant time interval. Since constant echo propagation times are also to be expected for the long-range echoes 75, the pulse 20 which triggers the respective long-range echoes 75 can thus be determined and the echo propagation time can then be calculated. Thus, the echo transit time of the long-range echoes 75 can subsequently also be used for further steps, for example for calculating the distance between the distant objects 105.
Die Identifizierung der Fernbereichs-Echos 75 erfolgt vorteilhaft über eine Kreuzkorrelation eines Histogramms jeweiliger aufsummierter Werte der jeweiligen Zeitintervalle 42, 52, 62 des Signals des Lidar-Sensors 1 mit der Pulsfolge 20. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit kann die Identifizierung der der Nahbereichs-Echos 70 und der Fernbereichs-Echos 75 auch pulsfolgenübergreifend durchgeführt werden, wobei in diesem Fall insbesondere vorgesehen ist, dass unmittelbar aufeinanderfolgende Pulsfolgen 10 orthogonale Codierungen aufweisen. The long-range echoes 75 are advantageously identified via a cross-correlation of a histogram of the respective summed values of the respective time intervals 42, 52, 62 of the signal from the lidar sensor 1 with the pulse sequence 20. To increase the measurement accuracy, the identification of the short-range echoes 70 and the long-range echoes 75 are also carried out across pulse trains, in which case it is provided in particular that immediately successive pulse trains 10 have orthogonal codings.
Figur 3a zeigt ein zweites Beispiel für eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Pulsfolge 10. Jeweilige aufeinanderfolgende Zeitintervalle 42, 52, 62 der Pulsfolge 20 sind hier untereinander dargestellt. Gezeigt sind in jedem Zeitintervall 42, 52, 62 jeweilige Nahbereich-Echos 70 eines nahen Objektes 100 im Umfeld des Lidar-Sensors 1, dessen Nahbereichs-Echos 70 einen konstanten zeitlichen Abstand zum jeweiligen Beginn der jeweiligen Zeitintervalle 42, 52, 62 aufweisen. Darüber hinaus sind in den Zeitintervallen 52 und 62 jeweilige Fernbereichs-Echos 75 eines fernen Objektes 105 im Umfeld des Lidar-Sensors 1 gezeigt, welche jeweils durch den Puls des jeweils vorangegangenen Zeitintervalls 42, 52 erzeugt wurden. Aufgrund der unterschiedlichen Dauern der jeweiligen Zeitintervalle 42, 52, 62 weisen diese Fernbereichs-Echos 75 entsprechend unterschiedliche zeitliche Abstände vom jeweiligen Beginn derjenigen Zeitintervalle 42, 5262 auf, in welchen diese empfangen wurden. FIG. 3a shows a second example for a pulse train 10 generated by means of the method according to the invention. Respective successive time intervals 42, 52, 62 of the pulse train 20 are shown here one below the other. Are shown in each time interval 42, 52, 62 respective close-range echoes 70 of a close object 100 in the vicinity of the lidar sensor 1, the close-range echoes 70 of which have a constant time interval from the respective start of the respective time intervals 42, 52, 62. In addition, respective long-range echoes 75 of a distant object 105 in the vicinity of the lidar sensor 1 are shown in the time intervals 52 and 62, each of which was generated by the pulse of the respective preceding time interval 42, 52. Due to the different durations of the respective time intervals 42, 52, 62, these long-range echoes 75 have correspondingly different time intervals from the respective start of those time intervals 42, 5262 in which they were received.
Figur 3b zeigt ein Histogramm, welches auf Basis der in Figur 3a dargestellten Pulsfolge 10 ermittelt wurde. Zu diesem Zweck wurden jeweils diejenigen Werte aus den einzelnen Zeitintervallen 42, 52, 62 aufsummiert, welche einen identischen zeitlichen Abstand zum Beginn der jeweiligen Zeitintervalle 42, 52,FIG. 3b shows a histogram which was determined on the basis of the pulse sequence 10 shown in FIG. 3a. For this purpose, those values from the individual time intervals 42, 52, 62 were added up which had an identical time interval to the beginning of the respective time intervals 42, 52,
62 aufweisen bzw. welche in der hier verwendeten Darstellung Übereinanderliegen. Aufgrund der einheitlichen zeitlichen Abstände der Nahbereichs-Echos 70 vom jeweiligen Beginn der jeweiligen Zeitintervalle 42, 52, 62 ergibt sich ein hoher Gesamtwert für diese Nahbereichs-Echos 70 im Histogramm. Aufgrund der uneinheitlichen zeitlichen Abstände der Fernbereichs- Echos 75 vom jeweiligen Beginn der jeweiligen Zeitintervalle 42, 52, 62 werden diese im Histogramm nicht miteinander verrechnet und bilden somit keine erhöhten Gesamtwerte aus. Durch Verwendung eines geeigneten Schwellenwertes 80 ist es nun möglich, hohe Gesamtwerte für Nahbereichs- Echos 70 eindeutig von den Anteilen von Fernbereichs-Echos 75 im Histogramm zu trennen, indem in den jeweiligen Zeitintervallen 42, 52, 62 nur diejenigen Echos betrachtet werden, deren aufsummierten Werte im korrespondierenden zeitlichen Abstand im Histogramm oberhalb des Schwellenwertes 80 liegen. 62 or which are superimposed in the illustration used here. Due to the uniform time intervals of the short-range echoes 70 from the respective start of the respective time intervals 42, 52, 62, a high overall value results for these short-range echoes 70 in the histogram. Because of the non-uniform time intervals between the long-range echoes 75 from the respective start of the respective time intervals 42, 52, 62, these are not offset against one another in the histogram and thus do not form any increased total values. By using a suitable threshold value 80, it is now possible to clearly separate high total values for short-range echoes 70 from the proportions of long-range echoes 75 in the histogram by only considering those echoes that have been summed up in the respective time intervals 42, 52, 62 Values in the corresponding time interval in the histogram are above threshold value 80.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Sicherstellung eines Eindeutigkeitsbereichs eines Lidar- Sensors (1) umfassend die Schritte: 1. A method for ensuring a uniqueness area of a lidar sensor (1) comprising the steps:
• Aussenden einer vordefinierten Pulsfolge (10) eines Laserlichtes des Lidar-Sensors (1) zum mehrfachen Abtasten eines selben Bereichs (30) eines Umfelds des Lidar-Sensors (1), wobei o jeder Puls (20) der Pulsfolge (10) zu einem jeweiligen Sendezeitpunkt (40, 50, 60) ausgesendet wird und sich unmittelbar an jeden Sendezeitpunkt (40, 50, 60) ein Zeitintervall (42, 52, 62) anschließt, so dass zwischen zwei Sendezeitpunkten (40, 50, 60) jeweils ein Zeitintervall (42, 52, 62) vorgesehen ist, und o wenigstens zwei Zeitintervalle (42, 52, 62) der Pulsfolge (10) eine voneinander abweichende Dauer aufweisen, • Sending a predefined pulse sequence (10) of a laser light from the lidar sensor (1) for multiple scanning of the same area (30) of the surroundings of the lidar sensor (1), with each pulse (20) of the pulse sequence (10) becoming one respective transmission time (40, 50, 60) is sent and immediately after each transmission time (40, 50, 60) a time interval (42, 52, 62) follows, so that between two transmission times (40, 50, 60) a time interval (42, 52, 62) is provided, and o at least two time intervals (42, 52, 62) of the pulse train (10) have different durations,
• Empfangen eines Signals des Lidar-Sensors (1) repräsentierend aus dem Umfeld erfasste Echos der ausgesendeten Pulsfolge (10), wobei als Echolaufzeit der Echos der Zeitraum zwischen dem Beginn des jeweiligen Zeitintervalls (42, 52, 62) und dem jeweiligen Empfangszeitpunkt von Echos innerhalb des jeweiligen Zeitintervalls (42, 52, 62) im Lidar-Sensor (1) angesehen wird, und • Receiving a signal from the lidar sensor (1) representing echoes of the transmitted pulse train (10) detected from the environment, the echo transit time being the period between the start of the respective time interval (42, 52, 62) and the respective reception time of echoes is viewed within the respective time interval (42, 52, 62) in the lidar sensor (1), and
• Identifizieren zumindest einer Gruppe von Nahbereichs-Echos (70) der Pulsfolge (10), welche jeweils in einem einheitlichen räumlichen Abstand vom Lidar-Sensor (1) erzeugt wurden, und welche einheitliche Echolaufzeiten aufweisen. • Identifying at least one group of short-range echoes (70) of the pulse train (10), which were each generated at a uniform spatial distance from the lidar sensor (1) and which have uniform echo transit times.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Identifizieren der Nahbereichs- Echos (70) folgende Schritte umfasst: 2. The method of claim 1, wherein identifying the short range echoes (70) comprises the steps of:
• Erzeugen eines Histogramms auf Basis des Signals des Lidar- Sensors (1), wobei jeweils diejenigen Signalwerte der jeweiligen Zeitintervalle (42, 52, 62) aufsummiert werden, welche einen identischen zeitlichen Abstand vom jeweiligen Beginn der jeweils zugehörigen Zeitintervalle (42, 52, 62) aufweisen, und • Generation of a histogram on the basis of the signal from the lidar sensor (1), with those signal values of the respective time intervals (42, 52, 62) which are summed up have an identical time interval from the respective start of the respectively associated time intervals (42, 52, 62), and
• Identifizieren derjenigen aufsummierten Werte des Histogramms, welche einen vordefinierten Schwellenwert (80) überschreiten. • Identifying those accumulated values of the histogram which exceed a predefined threshold value (80).
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend: 3. The method according to any one of the preceding claims further comprising:
• Identifizieren zumindest einer Gruppe von Fernbereichs-Echos (75) in den jeweiligen Zeitintervallen (42, 52, 62) sowie eines zu jedem Fernbereich-Echo (75) zugehörigen Sendezeitpunktes (40, 50, 60), wobei die Fernbereichs-Echos (75) jeweils in einem einheitlichen räumlichen Abstand vom Lidar-Sensor (1) erzeugt wurden und uneinheitliche Echolaufzeiten bezüglich des Beginns desjenigen Zeitintervalls (42, 52, 62) aufweisen, in welchem die Echos empfangen wurden, aber jeweils zu ihrem zugehörigen Sendezeitpunkt (40, 50, 60) einen einheitlichen zeitlichen Abstand aufweisen. • Identify at least one group of long-range echoes (75) in the respective time intervals (42, 52, 62) and a transmission time (40, 50, 60) associated with each long-range echo (75), the long-range echoes (75 ) were each generated at a uniform spatial distance from the lidar sensor (1) and have inconsistent echo transit times with respect to the start of that time interval (42, 52, 62) in which the echoes were received, but in each case at their respective transmission time (40, 50 , 60) have a uniform time interval.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Identifizieren der Fernbereichs- Echos (75) derart erfolgt, dass ausgehend von einem zu bewertenden Echo innerhalb des Signals, diejenigen Zeitpunkte im Signal hinsichtlich korrespondierender Echos analysiert werden, deren zeitliche Abstände vom zu bewertenden Echo mit den zeitlichen Abständen der Sendezeitpunkte (40, 5060) der Pulsfolge übereinstimmen. 4. The method according to claim 3, wherein the identification of the long-range echoes (75) takes place in such a way that, starting from an echo to be evaluated within the signal, those times in the signal are analyzed with regard to corresponding echoes whose time intervals from the echo to be evaluated with the the time intervals between the transmission times (40, 5060) of the pulse train coincide.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Identifizieren der Fernbereichs-Echos (75) auf Basis einer Kreuzkorrelation eines Histogramms jeweiliger aufsummierter Werte der jeweiligen Zeitintervalle (42, 52, 62) des Signals des Lidar-Sensors (1) mit der vordefinierten Pulsfolge (10) erfolgt. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the identification of the long-range echoes (75) on the basis of a cross-correlation of a histogram of respective summed values of the respective time intervals (42, 52, 62) of the signal of the lidar sensor (1) with the predefined Pulse sequence (10) takes place.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens unmittelbar aufeinanderfolgende Pulsfolgen (10) eine orthogonale Codierung zueinander aufweisen. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least immediately successive pulse trains (10) have an orthogonal coding to one another.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Lidar- Sensor (1), 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the lidar sensor (1),
• ein Punktscanner, oder • a point scanner, or
• ein Linienscanner, oder • a line scanner, or
• ein Flash-Lidar-Sensor ist. • is a flash lidar sensor.
8. Vorrichtung zur Sicherstellung eines Eindeutigkeitsbereichs eines Lidar- Sensors (1) umfassend: 8. Device for ensuring a uniqueness range of a lidar sensor (1) comprising:
• eine Auswerteeinheit (90), wobei die Auswerteeinheit (90) eingerichtet ist, • an evaluation unit (90), the evaluation unit (90) being set up,
• mittels eines Lidar-Sensors (1) eine vordefinierten Pulsfolge (10) eines Laserlichtes des Lidar-Sensors (1) zum mehrfachen Abtasten eines selben Bereichs (30) eines Umfelds des Lidar-Sensors (1) auszusenden, wobei o jeder Puls (20) der Pulsfolge (10) zu einem jeweiligen Sendezeitpunkt (40, 50, 60) ausgesendet wird und sich unmittelbar an jeden Sendezeitpunkt (40, 50 ,60) ein Zeitintervall (42, 52, 62) anschließt, so dass zwischen zwei Sendezeitpunkten (40, 50, 60) jeweils ein Zeitintervall (42, 52, 62) vorgesehen ist, und o wenigstens zwei Zeitintervalle (42, 52, 62) der Pulsfolge (10) eine voneinander abweichende Dauer aufweisen, • using a lidar sensor (1) to emit a predefined pulse sequence (10) of laser light from the lidar sensor (1) for multiple scanning of the same area (30) in the vicinity of the lidar sensor (1), with each pulse (20 ) the pulse train (10) is transmitted at a respective transmission time (40, 50, 60) and each transmission time (40, 50, 60) is immediately followed by a time interval (42, 52, 62), so that between two transmission times (40 , 50, 60) a time interval (42, 52, 62) is provided in each case, and o at least two time intervals (42, 52, 62) of the pulse train (10) have a duration that deviates from one another,
• ein Signal des Lidar-Sensors (1) repräsentierend aus dem Umfeld des Lidar-Sensors (1) erzeugte Echos der ausgesendeten Pulsfolge (10) zu empfangen, wobei als Echolaufzeit der Echos der Zeitraum zwischen dem Beginn des jeweiligen Zeitintervalls (42, 52, 62) und dem jeweiligen Empfangszeitpunkt von Echos innerhalb des jeweiligen Zeitintervalls (42, 52, 62) im Lidar-Sensor (1) angesehen wird, und • to receive a signal from the lidar sensor (1) representing echoes of the transmitted pulse train (10) generated in the vicinity of the lidar sensor (1), the echo transit time of the echoes being the period between the start of the respective time interval (42, 52, 62) and the respective reception time of echoes within the respective time interval (42, 52, 62) is viewed in the lidar sensor (1), and
• zumindest eine Gruppe von Nahbereichs-Echos (70) der Pulsfolge (10) zu identifizieren, welche jeweils in einem einheitlichen räumlichen Abstand vom Lidar-Sensor (1) erzeugt wurden und welche einheitliche Echolaufzeiten aufweisen. • to identify at least one group of short-range echoes (70) of the pulse train (10), which were each generated at a uniform spatial distance from the lidar sensor (1) and which have uniform echo transit times.
9. Lidar-Sensor (1) umfassend eine Vorrichtung nach Anspruch 8. 9. Lidar sensor (1) comprising a device according to claim 8.
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