WO2023061973A1 - Aktives optisches sensorsystem mit hoher sensitivität - Google Patents

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WO2023061973A1
WO2023061973A1 PCT/EP2022/078176 EP2022078176W WO2023061973A1 WO 2023061973 A1 WO2023061973 A1 WO 2023061973A1 EP 2022078176 W EP2022078176 W EP 2022078176W WO 2023061973 A1 WO2023061973 A1 WO 2023061973A1
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active optical
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Sergio Fernandez
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an active optical sensor system comprising an emitter unit that is set up to emit a plurality of light pulses during two or more consecutive scan cycles, a detector unit that is set up to detect reflected portions of the plurality of light pulses emitted and, depending thereon, at least to generate a detector signal that reflects an energy of a corresponding reflected portion and at least one processing unit that is set up to generate a first point cloud of scan points for each of the two or more scan cycles based on the at least one detector signal, with each scan point being exceeded corresponds to a predetermined first threshold value by the energy represented by the at least one detector signal.
  • the invention also relates to an electronic vehicle guidance system for a motor vehicle, a method for operating an active optical sensor system, a method for at least partially automatically guiding a motor vehicle, and a computer program product.
  • Active optical sensor systems such as lidar systems, in particular laser scanners, can be mounted on motor vehicles in order to implement diverse functions of driver assistance systems or other vehicle guidance systems for autonomous or partially autonomous driving. These functions include, for example, distance measurements, distance control algorithms, lane departure warning, object tracking functions, trajectory planning and so on.
  • the energy of the reflected portions of the emitted light pulses is greater, the stronger a corresponding object in the vicinity of the active optical sensor system reflects the emitted light pulse.
  • the energy detected is lower the further away the reflecting object is from the active optical sensor system.
  • the smaller the energy of the reflected components the less noticeable is a corresponding detected component in the at least one detector signal, in particular through a corresponding pulse in the detector signal.
  • this has the disadvantage that reflections from only very weakly reflecting or distant objects may not be taken into account, since these cannot be distinguished from effects that are due to noise, in particular electrical noise, in the manner described.
  • the document DE 10 2016 124 197 A1 describes a method for measuring distances by determining the transit time using a lidar system, in which the sensor sensitivity of an optical detector is changed as a function of time.
  • the detector sensitivity is increased in particular with increasing measurement duration, so that the decreasing intensity of the received signal can be compensated for objects that are further away.
  • the invention is based on the idea of considering several point clouds for successive scan cycles for a given threshold value for the energy together, i.e. accumulating, for example, in order to generate a filtered common point cloud which only contains consistent scan points that are present in all individual point clouds.
  • genuine scan points can be differentiated from spurious ones, which are due to noise, in particular electrical noise, and only the genuine scan points can be taken into account for further use.
  • a lower threshold value can be selected for the energy.
  • an active optical sensor system is specified.
  • the active optical sensor system contains an emitter unit which is set up to emit, in particular controlled by a driver unit of the active optical sensor system, a plurality of light pulses during two or more consecutive scan cycles, in particular to emit light pulses with different emission directions into an area surrounding the active optical sensor system .
  • the active optical sensor system has a detector unit which is set up to detect reflected portions, in particular portions reflected by one or more objects in the vicinity of the active optical sensor system, of the plurality of emitted light pulses and, depending on the captured portions of the plurality of emitted light pulses, at least generate a detector signal representative of an energy of a corresponding reflected portion.
  • the active optical sensor system has at least one processing unit which is set up to generate a first point cloud of scan points for each of the two or more scan cycles based on the at least one detector signal. Each scan point of the corresponding first point cloud corresponds to the energy represented by the at least one detector signal exceeding a predetermined first threshold value.
  • the at least one processing unit is set up to identify consistent scan points of the first point clouds of the two or more scan cycles, in particular of all first point clouds of the two or more scan cycles, in particular to identify all consistent scan points of all first point clouds.
  • a consistent scan point is characterized by the fact that it is contained in each of the first point clouds with consistent spatial coordinates.
  • the at least one processing unit is set up to generate a filtered first point cloud based on the identified consistent scan points.
  • each first point cloud contains a subset of consistent scan points, with the consistent scan points of the different first point clouds corresponding to one another.
  • the consistent scan points in all first point clouds have essentially the same spatial coordinates, unless the active optical sensor system moves with respect to the environment during the two or more scan cycles. If, on the other hand, the active optical sensor system moves, then the consistent scan points are located in different ones of the first point clouds different positions, with the differences being defined by the movement of the active optical sensor system and correspondingly compensated or taken into account in order to identify the consistent scan points.
  • a movement of the reflecting objects with respect to the environment is particularly neglected.
  • the filtered first point cloud therefore primarily describes static objects in the vicinity of the active optical sensor system.
  • the invention is based on the finding that noise, in particular electrical noise, is reflected in the at least one detector signal as a result of spatially inconsistent features or features that appear only briefly during one or two scan cycles, whereas real scan points, which are due to reflections from objects in the environment, are reflected via which occur consistently two or more scan cycles as described.
  • the accumulation of the first point clouds and the corresponding filtering to generate the filtered first point cloud creates a further differentiation criterion in addition to the energy in order to be able to distinguish real scan points from the influences of noise, namely the temporal and spatial consistency in the sense explained.
  • the energy threshold can be reduced without significantly increasing the influence of noise on the filtered first point cloud.
  • an active optical sensor system in particular its emitter unit, has at least one light source for emitting light or light pulses.
  • the light source can be designed in particular as a laser, for example as an infrared laser.
  • an active optical sensor system, in particular its detector unit by definition has at least one optical detector in order to detect reflected portions of the emitted light.
  • lidar systems represent active optical sensor systems.
  • a known design of lidar systems are so-called laser scanners, in which a laser beam is deflected by means of a deflection unit, so that different deflection angles of the laser beam can be realized.
  • the deflection unit can contain, for example, a rotatably mounted mirror.
  • the Deflection unit have a mirror element with a tiltable and / or pivotable surface.
  • the mirror element can be configured as a microelectromechanical system, MEMS, for example.
  • MEMS microelectromechanical system
  • the emitted laser beams can be partially reflected in the surroundings and the reflected portions can in turn hit the laser scanner, in particular the deflection unit, which can direct them to a detector unit of the laser scanner.
  • each optical detector of the detector unit generates an associated detector signal based on the components detected by the respective optical detector. Based on the spatial arrangement of the respective detector, together with the current position of the deflection unit, in particular its rotational position or its tilting and/or pivoting position, conclusions can be drawn about the direction of incidence of the detected reflected components.
  • the at least one processing unit can also, for example, carry out a time-of-flight measurement in order to determine a radial distance of the reflecting object. Alternatively or additionally, a method can also be used to determine the distance, according to which a phase difference between emitted and detected light is evaluated.
  • Reflected portions can be understood to mean portions of the light pulses thrown back by objects in the environment, including a roadway surface. It is therefore not necessarily specularly reflected light. Rather, the reflected portions can also contain retro-reflected and/or scattered light.
  • light can be understood in such a way that it includes electromagnetic waves in the visible range, in the infrared range and/or in the ultraviolet range. Accordingly, the term “optical” can also be understood as referring to light according to this understanding.
  • the active optical sensor system according to the invention can be designed, for example, as a lidar sensor system, in particular as a laser scanner.
  • the individual first point clouds for the two or more consecutive scan cycles do not necessarily contain all of the possible scan points that could be detected, ie they do not necessarily depict all the exceedances of the threshold value. Rather, a restriction to a specific part of the field of view of the active optical sensor system, a restriction to different Positions and/or a restriction to a predetermined range of the radial distance, i.e. effectively the measurement time, can be made.
  • the optical detector If a reflected portion of the emitted light pulses strikes one of the optical detectors, the optical detector generates a corresponding voltage or a corresponding current at a detector output, which can be tapped off as a corresponding raw detector signal.
  • the raw detector signal can then, for example, be amplified and/or preprocessed in some other way in order to generate one of the corresponding detector signals.
  • Each optical detector of the detector unit thus generates, in particular, precisely one raw detector signal and, based on this, precisely one of the detector signals is generated.
  • the detector signal can represent, for example, the detected power of the incident photons as a function of time. If the detector signal is accordingly integrated over a predefined integration time, the result is the energy.
  • the sensor signal can also be interpreted as an already integrated time-dependent power as a function of time, so that the detector signal directly reflects the energy and can be compared accordingly with the threshold value.
  • Each detector can supply one or more scan points or possibly no scan point per scan cycle.
  • a direction of incidence can be determined for each scan point on the basis of the spatial arrangement of the optical detectors in the active optical sensor system and, for example, on the basis of the current position of the deflection unit.
  • the processing unit can determine the radial distance based on the time the light travels, so that three-dimensional coordinates are available for each scan point.
  • a point cloud stores the corresponding three-dimensional coordinates for each scan point, for example, and possibly other information that can result from the detector signal or configuration parameters during acquisition.
  • the first threshold value thus defines a measurement sensitivity of the active optical sensor system for generating the first point clouds.
  • the first threshold value or the measurement sensitivity defines which signatures of the at least one detector signal are treated as noise and are accordingly discarded and which are treated as relevant measurements.
  • the lower the first threshold value the higher the proportion of incorrect scan points in the first point clouds, i.e. those that are due to noise.
  • this effect is at least partially compensated for by the determination of the consistent scan points and the corresponding generation of the filtered first point cloud, so that the measurement sensitivity can be increased by reducing the first threshold value.
  • the first threshold value can be selected independently of the detector sensitivity of the detector unit, in particular of the individual optical detectors.
  • the detector sensitivity of the optical detectors which can be set via their bias voltage, for example in the case of photodiodes or avalanche photodiodes, APD, can in particular be constant during the two or more scan cycles.
  • the detector sensitivity can also be dynamically regulated.
  • the selection of the first threshold value is fundamentally independent of this.
  • the invention makes it possible, in particular, to detect objects that are far away more reliably, without the detector sensitivity having to be correspondingly increased, for example as a function of the transit time. On the one hand, this prevents a reduction in the signal-to-noise ratio.
  • the detector sensitivity which can only have one value at a given time for a given optical detector
  • different threshold values for the energy can be provided simultaneously, so that for each scan cycle two or more point clouds can be generated which were generated with different measurement sensitivities or threshold values. In this way, in particular, a reduction in the temporal resolution resulting from the accumulation of the first point clouds can be compensated for.
  • the at least one processing unit is set up to generate the respective first point cloud for each of the two or more scan cycles according to a predetermined first limit distance, with the respective first point cloud only containing scan points whose radial distance from the detector unit is greater than or equal to first limit distance is. In other words, exceeding the first threshold before a minimum measurement time, which corresponds to the limit distance, is not taken into account in order to generate the first point cloud.
  • the filtering of the first point clouds according to the invention is all the more advantageous the larger the radial distance of the corresponding object is or the longer the measurement duration.
  • the limitation to radial distances greater than or equal to the first limit distance can therefore reduce the memory requirement required for storing the first point clouds and/or the computing time for processing the measurements.
  • the at least one processing unit is set up to generate a second point cloud of scan points for each of the two or more scan cycles based on the at least one detector signal, with each scan point of the respective second point cloud corresponding to an exceeding of a predetermined second threshold value by the the at least one detector signal corresponds to reproduced energy and wherein the second threshold is greater than the first threshold.
  • the second point clouds may contain fewer scan points than the corresponding first point clouds because the second threshold value for the energy is greater than the first threshold value.
  • the influence of noise on the individual second point clouds is lower than for the corresponding first point clouds.
  • the second point clouds therefore do not have to be filtered as for the first point clouds, so that a filtered first point cloud and correspondingly two or more non-filtered second point clouds are available overall for the two or more scan cycles.
  • the second cloud of points allow for an increased temporal resolution of the measurement, whereas the filtered first cloud of points can image particularly weakly reflecting objects in the manner described.
  • the at least one processing unit is set up to generate the respective second point cloud according to a predetermined second limit distance for each of the two or more scan cycles, the respective second point cloud only containing scan points whose radial distance from the detector unit is greater than or equal to the second threshold distance and wherein the second threshold distance is greater than or equal to zero and less than the first threshold distance.
  • the temporal resolution by the second point clouds is correspondingly advantageously used for close objects.
  • the first limit distance can be, for example, in the interval [20 m, 80 m], for example in the interval [30 m, 60 m].
  • the emitter unit contains the at least one optical detector, which is set up to detect the reflected portions of the plurality of emitted light pulses and to generate the at least one detector signal as a function thereof.
  • the active optical sensor system in particular the at least one processing unit, has the driver unit, which is set up to control the detector sensitivity of the at least one detector, so that the detector sensitivity is constant at least during each scan cycle of the two or more scan cycles.
  • the detector sensitivity in particular can be adjusted in such a way that the signal-to-noise ratio for the second threshold value for the energy is optimized.
  • the first threshold value for the energy is lower, so that the signal-to-noise ratio is accordingly below the optimal value, but this is compensated for by the filtering as described.
  • the at least one optical detector is designed in particular as at least one avalanche photodiode, APD.
  • the driver unit can therefore in particular control a bias voltage or negative blocking voltage of the optical detector.
  • a total number of scan cycles of the two or more scan cycles is in the interval [2, 20], in particular in the interval [3, 15], for example in the interval [4, 10].
  • the total number of scan cycles corresponds in particular to the total number of the individual first point clouds, on the basis of which the filtered first point cloud is generated, and in corresponding embodiments to the total number of the second point clouds.
  • the filtered first point clouds it has been found that in the areas mentioned, depending on the specific design of the active optical sensor system and its configuration, a sufficient increase in sensitivity can be achieved with an acceptable reduction in the temporal resolution.
  • the processing unit is set up to receive movement data relating to a movement of the active optical sensor system during the two or more scan cycles and to identify the consistent scan points depending on the movement data.
  • the movement data can relate to a speed and/or a rotation rate of the active optical sensor system, for example.
  • the movement data can contain an amount and a direction of the translation speed or two Cartesian coordinates of the translation speed or the like of the active optical sensor system and/or, for example, a yaw rate of the active optical sensor system. If the active optical sensor system is mounted on a motor vehicle, for example, the movement data of the active optical sensor system can be given by the corresponding movement data of the motor vehicle, which can be determined, for example, by means of one or more inertial sensors of the motor vehicle.
  • the individual scan points of the first point clouds can be shifted or transformed according to their movement and the duration of a scan cycle, so that the different scan points of different first point clouds can be compared with one another.
  • an electronic vehicle guidance system for a motor vehicle is specified.
  • the electronic vehicle guidance system has an active optical sensor system according to the invention.
  • the electronic vehicle guidance system has at least one computing unit which is set up to generate at least one control signal for at least partially automatic guidance of the motor vehicle and/or a warning message and/or an information message for a driver of the motor vehicle, depending on the filtered first point cloud produce motor vehicle.
  • the at least one control signal can be used, for example, to control one or more actuators of the motor vehicle in order to correspondingly automatically or partially automatically influence a lateral or longitudinal control of the motor vehicle.
  • the processing unit of the active optical sensor system is set up to generate the second point clouds, the at least one control signal, the warning message and/or the information message can be generated depending on the filtered first point cloud and at least one of the second point clouds, in particular all second point clouds.
  • the electronic vehicle guidance system has at least one inertial sensor for the motor vehicle, which is set up for this purpose is to generate the movement data depending on a movement of the motor vehicle during the two or more scan cycles.
  • a motor vehicle is specified with an active optical sensor system according to the invention or with an electronic vehicle guidance system according to the invention.
  • a method for operating an active optical sensor system is specified.
  • the active optical sensor system in particular by means of an emitter unit of the active optical sensor system, a large number of light pulses are emitted during two or more consecutive scan cycles.
  • the active optical sensor system in particular by means of a detector unit of the active optical sensor system, reflected portions of the plurality of emitted light pulses are detected and dependent on this at least one detector signal is generated which reflects an energy of a corresponding reflected portion.
  • a first point cloud of scan points is generated on the at least one detector signal for each of the two or more scan cycles, each scan point corresponding to a predetermined first threshold value being exceeded by the energy represented by the at least one detector signal.
  • Consistent scan points of the first point clouds are identified, in particular by means of at least one processing unit of the active optical sensor system, which are characterized in that they are contained in each of the first point clouds with consistent spatial coordinates.
  • a filtered first point cloud is generated based on the identified consistent scan points, in particular by means of the at least one processing unit.
  • a method for at least partially automatically driving a motor vehicle is specified, the motor vehicle having an active optical sensor system, in particular an active optical sensor system according to the invention.
  • a method for operating the active optical sensor system according to the invention is carried out and the motor vehicle is guided at least partially automatically depending on the filtered first point cloud.
  • an active optical sensor system is set up to carry out a method for operating the active optical sensor system or carries out such a method.
  • a first computer program with first commands is specified.
  • the first commands When the first commands are executed by an active optical sensor system according to the invention, the first commands cause the active optical sensor system to carry out a method according to the invention for operating an active optical sensor system.
  • a second computer program with second commands is specified.
  • the second commands are executed by an electronic vehicle guidance system according to the invention, in particular by the at least one computing unit and/or the at least one processing unit, the second commands cause the electronic vehicle guidance system to carry out a method according to the invention for at least partially automatically driving a motor vehicle.
  • a computer-readable storage medium which stores a first and/or a second computer program according to the invention.
  • the first and the second computer program and the computer-readable storage medium can be understood as respective computer program products with the first and/or second instructions.
  • An electronic vehicle guidance system can be understood to mean an electronic system that is set up to guide a vehicle fully automatically or fully autonomously, in particular without the driver having to intervene in a control system.
  • the vehicle automatically carries out all the necessary functions, such as steering, braking and/or acceleration manoeuvres, monitoring and registering road traffic and responding accordingly.
  • the electronic vehicle guidance system can implement a fully automatic or fully autonomous driving mode of the motor vehicle according to level 5 of the classification according to SAE J3016.
  • An electronic vehicle guidance system can also be understood as a driver assistance system (English: “advanced driver assistance system", ADAS), which supports the driver in partially automated or partially autonomous driving.
  • the electronic vehicle guidance system can implement a partially automated or partially autonomous driving mode according to levels 1 to 4 according to the SAE J3016 classification.
  • SAE J3016 refers to the corresponding standard in the June 2018 version.
  • the at least partially automatic vehicle guidance can therefore include driving the vehicle according to a fully automatic or fully autonomous driving mode of level 5 according to SAE J3016.
  • the at least partially automatic vehicle guidance can also include guiding the vehicle according to a partially automated or partially autonomous driving mode according to levels 1 to 4 according to SAE J3016.
  • a component of the active optical sensor system according to the invention in particular the at least a processing unit, or of the electronic vehicle guidance system according to the invention, in particular the at least one computing unit, is set up, designed, laid out or the like to perform or implement a specific function, to achieve a specific effect or to serve a specific purpose
  • this can be done in such a way be understood that the component, beyond the basic or theoretical usability or suitability of the component for this function, effect or purpose, is concretely and actually capable of doing so through appropriate adaptation, programming, physical design and so on to carry out or realize, to achieve the effect or to serve the purpose.
  • a computing unit can be understood in particular as a data processing device that contains a processing circuit.
  • the at least one processing unit can also be understood as at least one computing unit.
  • the arithmetic unit can therefore in particular process data for carrying out arithmetic operations. This may also include operations to perform indexed accesses to a data structure, for example a look-up table (LUT).
  • LUT look-up table
  • the processing unit can contain one or more computers, one or more microcontrollers and/or one or more integrated circuits, for example one or more application-specific integrated circuits, ASICs (English: “application-specific integrated circuit”), one or more field-programmable gate Arrays, FPGA, and/or one or more single-chip systems, SoC (English: "system on a chip”).
  • the computing unit can also have one or more processors, for example one or more microprocessors, one or more central processing units, CPU, one or more graphics processor units, GPU and/or contain one or more signal processors, in particular one or more digital signal processors, DSP.
  • the computing unit can also contain a physical or a virtual network of computers or other of the units mentioned.
  • the computing unit includes one or more hardware and/or software interfaces and/or one or more memory units.
  • a memory device can be configured as volatile data storage, such as dynamic random access memory (DRAM), or static random access memory (SRAM), or non-volatile Data memory, for example as a read-only memory, ROM, as a programmable read-only memory, PROM, as an erasable read-only memory, EPROM (erasable read-only memory) ), as electrically erasable read-only memory, EEPROM (English: “electrically erasable read-only memory”), as flash memory or flash EEPROM, as ferroelectric memory with random access, FRAM (English: “ferroelectric random access memory”), as magnetoresistive memory with random access, MRAM (English: “magnetoresistive random access memory”) or as phase change memory with random access, PCRAM (English: “phase-change random access memory”), be configured.
  • DRAM dynamic random access memory
  • SRAM static random access memory
  • FIG. 1 schematically shows a motor vehicle with an exemplary embodiment of an electronic vehicle guidance system according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a further exemplary embodiment of an electronic vehicle guidance system according to the invention and an exemplary embodiment of an active optical sensor system according to the invention; 3 threshold values for the energy of reflected portions of light as a function of the radial distance; and
  • a motor vehicle 1 is shown schematically, which has an electronic vehicle guidance system 2 according to the invention.
  • the electronic vehicle guidance system 2 contains an embodiment of an active optical sensor system 4 according to the invention and a computing unit 5.
  • the active optical sensor system 4 being designed as a lidar sensor system which is based on the technology of a laser scanner.
  • the active optical sensor system 4 has an emitter unit 6 which contains at least one light source, in particular at least one laser diode.
  • the emitter unit 6 can emit light pulses 9, in particular infrared light pulses, into the surroundings of the sensor system 4 and accordingly into the surroundings of the motor vehicle 1 during each scan cycle of a large number of consecutive scan cycles.
  • the emitted light pulses 9 can, for example, be partially reflected by one or more objects 3 and corresponding reflected portions 9' can propagate back in the direction of the sensor system 4, where they can be detected by a detector unit 7 of the sensor system.
  • the detector unit 7 can contain a plurality of photodiodes, for example APDs, which can be referred to as optical detectors of the detector unit. Depending on the corresponding detected reflected portions 9', each optical detector of the detector unit 7 can generate a detector signal which directly or indirectly reproduces an energy of the corresponding reflected portion 9'. If the detector signal is integrated in particular over a predetermined integration interval, this results in the energy recorded during the integration period.
  • APDs photodiodes
  • the sensor system 4 also has a processing unit 8 which is connected to the detector unit 7 and can receive the detector signals.
  • the computing unit 5 and the processing unit 8 do not are necessarily physically or functionally separated from each other.
  • the computing unit 5 can contain the processing unit partially or completely, or vice versa.
  • the computing unit 5 can perform functions or method steps described with regard to the processing unit 8 or vice versa.
  • the processing unit which also includes a driver unit for the emitter unit 6, is installed in a housing of the sensor system 4 and the computing unit 5 outside the housing, for example as part of a control unit of the motor vehicle 1. However, as mentioned, this is not necessarily the case .
  • the processing unit 8 can now generate a corresponding first point cloud of scan points, which can also be referred to as sampling points, for each of the two or more scan cycles based on the detector signals.
  • Each scan point of the corresponding first point cloud corresponds to the energy, which is reproduced by the corresponding detector signal, exceeding a predetermined first threshold value T1.
  • the first threshold value T1 is shown schematically in FIG. 3 as a constant function of the radial distance, which corresponds to a measurement time after the emission of the light pulses 9 .
  • the first point clouds can be generated in such a way that they only contain scan points with radial distances r that are greater than or equal to a predetermined limit distance R, which can be between 40 m and 50 m, for example.
  • the horizontal field of view for generating the first point clouds can also be restricted to a field of view 12 that is reduced compared to an entire field of view 13, as shown schematically in FIG.
  • the processing unit 8 can identify consistent scan points based on the first point clouds.
  • the consistent scan points are characterized in that they are contained in each of the first point clouds and each have spatially consistent spatial coordinates, i.e. they occur at the same coordinates when the motor vehicle 1 is stationary or are shifted relative to one another according to a movement of the motor vehicle 1 .
  • the processing unit 8 then generates a filtered first point cloud, which only contains the identified consistent scan points or the consistent scan points shifted according to the movement.
  • the spatial position of artifacts due to noise varies in the two or more consecutive scan cycles in an inconsistent manner and/or the corresponding artifacts do not appear in all scan cycles in the associated first point cloud.
  • Such artefacts are therefore not contained in the filtered first point cloud, so that the filtered first point cloud represents real objects with a high level of reliability.
  • the processing unit 5 can now use the filtered first point cloud to automatically or partially automatically guide the motor vehicle 1 or to support a driver of the motor vehicle 1 in guiding the motor vehicle 1.
  • the processing unit 8 also generates a second point cloud for each scan cycle in addition to the first point cloud, with a second threshold value T2 being provided for the energy here, which is greater than the first threshold value T1 , as shown schematically in FIG. 3 .
  • the second point clouds can also be generated, for example, for radial distances r that are smaller than the limit distance R.
  • the second cloud of points can therefore be used by the processing unit 5 in addition to the filtered first cloud of points for the partially automatic guidance of the motor vehicle 1 or to support the driver in order to achieve a higher temporal resolution.
  • the invention makes it possible to reliably detect objects with low reflectivity and/or at a large distance from the active optical sensor system without significantly increasing the influence of noise.
  • a threshold value for the energy is used, which can be smaller than a threshold value that is optimal with regard to the signal-to-noise ratio. Electrical noise artifacts are therefore initially considered as potential real objects. The measurements can then be accumulated over several scan cycles in order to validate real objects by exploiting the fact that the position of the artifacts usually flickers over time. A possible movement of the sensor system itself is taken into account if necessary.
  • the dynamic threshold may be dependent on the radial distance. At a long distance, the threshold can be set below the optimal threshold to filter out the electrical noise.
  • a further threshold value, which is independent of distance, for example, can also be provided in order to detect near and middle ranges with little noise and a higher temporal resolution.
  • An advantage of the invention is that a very low threshold value for the energy can be chosen, so that very weakly reflecting objects can be detected without the disadvantage of greatly increased noise.

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Abstract

Ein aktives optisches Sensorsystem (4) weist eine Emittereinheit (6) auf, die dazu eingerichtet ist, während zwei oder mehr Scanzyklen jeweils eine Vielzahl von Lichtimpulsen (9) zu emittieren, eine Detektoreinheit (7), die dazu eingerichtet ist, reflektierte Anteile (9') der Vielzahl emittierter Lichtimpulse (9) zu erfassen und abhängig davon wenigstens ein Detektorsignal zu erzeugen, welches eine Energie eines entsprechenden reflektierten Anteils (9') wiedergibt, und wenigstens eine Verarbeitungseinheit (8), die dazu eingerichtet ist, basierend auf dem wenigstens einen Detektorsignal für jeden der Scanzyklen eine erste Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen, die einer Überschreitung eines vorgegebenen ersten Schwellwerts (T1) durch die Energie entspricht. Die wenigstens eine Verarbeitungseinheit (8) ist dazu eingerichtet, konsistente Scanpunkte der ersten Punktwolken zu identifizieren, die sich dadurch auszeichnen, dass sie mit jeweils konsistenten räumlichen Koordinaten in jeder der ersten Punktwolken enthalten sind und basierend auf den identifizierten konsistenten Scanpunkten eine gefilterte erste Punktwolke zu erzeugen.

Description

Aktives optisches Sensorsystem mit hoher Sensitivität
Die vorliegende Erfindung betrifft ein aktives optisches Sensorsystem aufweisend eine Emittereinheit, die dazu eingerichtet ist, während zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Scanzyklen jeweils eine Vielzahl von Lichtimpulsen zu emittieren eine Detektoreinheit, die dazu eingerichtet ist, reflektierte Anteile der Vielzahl emittierter Lichtimpulse zu erfassen und abhängig davon wenigstens ein Detektorsignal zu erzeugen, welches eine Energie eines entsprechenden reflektierten Anteils wiedergibt und wenigstens eine Verarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, basierend auf dem wenigstens einen Detektorsignal für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen jeweils eine erste Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen, wobei jeder Scanpunkt einer Überschreitung eines vorgegebenen ersten Schwellwerts durch die durch das wenigstens eine Detektorsignal wiedergegebene Energie entspricht. Die Erfindung betrifft ferner ein elektronisches Fahrzeugführungssystem für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven optischen Sensorsystems, ein Verfahren zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs sowie ein Computerprogrammprodukt.
Aktive optische Sensorsysteme, wie beispielsweise Lidarsysteme, insbesondere Laserscanner, können an Kraftfahrzeugen montiert werden, um vielfältige Funktionen von Fahrerassistenzsystemen oder sonstigen Fahrzeugführungssystemen zum autonomen oder teilweise autonomen Fahren zu realisieren. Diese Funktionen beinhalten beispielsweise Abstandsmessungen, Abstandsregelalgorithmen, Spurhalteassistenten, Objektverfolgungsfunktionen, Trajektorienplanung und so weiter.
Die Energie der reflektierten Anteile der emittierten Lichtimpulse ist dabei umso größer, je stärker ein entsprechendes Objekt in der Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems den emittierten Lichtimpuls reflektiert. Man spricht in diesem Zusammenhang von hochreflektiven beziehungsweise weniger reflektiven Objekten. Außerdem ist die detektierte Energie umso geringer, je weiter sich das reflektierende Objekt von dem aktiven optischen Sensorsystem entfernt befindet. Je kleiner die Energie der reflektierten Anteile ist, desto weniger stark macht sich ein entsprechender detektierter Anteil in dem wenigstens einen Detektorsignal bemerkbar, insbesondere durch einen entsprechenden Puls in dem Detektorsignal. Es ist bekannt, einen Schwellwert für die Energie detektierter Anteile zu setzen, so dass scheinbare Detektionen unterhalb des Schwellwerts als Rauschen behandelt beziehungsweise nicht weiter berücksichtigt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass dadurch gegebenenfalls auch Reflexionen von nur sehr schwach reflektierenden oder weit entfernten Objekten nicht berücksichtigt werden, da diese in der beschriebenen Weise nicht von Effekten zu unterscheiden sind, die auf Rauschen zurückgehen, insbesondere auf elektrisches Rauschen.
Im Dokument DE 10 2016 124 197 A1 wird ein Verfahren zur Abstandsmessung mittels einer Laufzeitermittlung durch ein Lidarsystem beschrieben, bei dem die Sensorempfindlichkeit eines optischen Detektors zeitabhängig verändert wird. Die Detektorempfindlichkeit wird dabei insbesondere mit zunehmende Messdauer erhöht, so dass für weiter entfernte Objekte die abnehmende Intensität des Empfangssignals kompensiert werden kann.
Dieser Ansatz kann die oben beschriebene Problematik jedoch nicht überwinden, da mit steigender Detektorempfindlichkeit auch der Einfluss von Rauschen zunimmt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Sensitivität eines aktiven optischen Sensorsystems zu erhöhen, ohne dabei den Einfluss von Rauschen, insbesondere elektrischem Rauschen, wesentlich zu erhöhen oder, mit anderen Worten, den Einfluss von Rauschen zu reduzieren, ohne dabei die Sensitivität des aktiven optischen Sensorsystems zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf der Idee, mehrere Punktwolken für aufeinanderfolgende Scanzyklen für einen vorgegebenen Schwellwert für die Energie gemeinsam zu betrachten, also beispielsweise zu akkumulieren, um eine gefilterte gemeinsame Punktwolke zu erzeugen, welche lediglich konsistente Scanpunkte enthält, die in allen einzelnen Punktwolken vorhanden sind. Auf diese Weise können gewissermaßen echte von unechten Scanpunkten, welche auf Rauschen, insbesondere elektrisches Rauschen, zurückgehen, unterschieden werden und nur die echten Scanpunkte für die weitere Verwendung berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann insbesondere ein geringerer Schwellwert für die Energie gewählt werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein aktives optisches Sensorsystem angegeben. Das aktive optische Sensorsystem enthält eine Emittereinheit, die dazu eingerichtet ist, insbesondere angesteuert durch eine Treibereinheit des aktiven optischen Sensorsystems, während zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Scanzyklen jeweils eine Vielzahl von Lichtimpulsen zu emittieren, insbesondere mit unterschiedlichen Emissionsrichtungen in eine Umgebung des aktiven optischen Sensorsystem zu emittieren. Das aktive optische Sensorsystem weist eine Detektoreinheit auf, die dazu eingerichtet ist, reflektierte Anteile, insbesondere von einem oder mehreren Objekten in der Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems reflektierte Anteile, der Vielzahl emittierter Lichtimpulse zu erfassen und abhängig von den erfassten Anteilen der Vielzahl emittierter Lichtimpulse wenigstens ein Detektorsignal zu erzeugen, welches eine Energie eines entsprechenden reflektierten Anteils wiedergibt. Das aktive optische Sensorsystem weist wenigstens eine Verarbeitungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, basierend auf dem wenigstens einen Detektorsignal für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen jeweils eine erste Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen. Jeder Scanpunkt der entsprechenden ersten Punktwolke entspricht dabei einer Überschreitung eines vorgegebenen ersten Schwellwerts durch die durch das wenigstens eine Detektorsignal wiedergegebene Energie. Die wenigstens eine Verarbeitungseinheit ist dazu eingerichtet, konsistente Scanpunkte der ersten Punktwolken der zwei oder mehr Scanzyklen, insbesondere aller ersten Punktwolken der zwei oder mehr Scanzyklen, zu identifizieren, insbesondere alle konsistenten Scanpunkte aller ersten Punktwolken zu identifizieren. Ein konsistenter Scanpunkt zeichnet sich dabei dadurch aus, dass er mit konsistenten räumlichen Koordinaten in jeder der ersten Punktwolken enthalten ist. Die wenigstens eine Verarbeitungseinheit ist dazu eingerichtet, basierend auf den identifizierten konsistenten Scanpunkten eine gefilterte erste Punktwolke zu erzeugen.
Mit anderen Worten werden nur konsistente Scanpunkte für die gefilterte erste Punktwolke verwendet und insbesondere werden alle konsistenten Scanpunkte der ersten Punktwolken für die gefilterte erste Punktwolke verwendet. Insbesondere enthält jede erste Punktwolke eine Untermenge von konsistenten Scanpunkten, wobei sich die konsistenten Scanpunkte der verschiedenen ersten Punktwolken einander entsprechen. Dies bedeutet, dass die konsistenten Scanpunkte in allen ersten Punktwolken im Wesentlichen dieselben räumlichen Koordinaten aufweisen, sofern sich das aktive optische Sensorsystem während der zwei oder mehr Scanzyklen nicht bezüglich der Umgebung bewegt. Bewegt sich das aktive optische Sensorsystem dagegen, so befinden sich die konsistenten Scanpunkte in unterschiedlichen der ersten Punktwolken an unterschiedlichen Positionen, wobei die Unterschiede durch die Bewegung des aktiven optischen Sensorsystems festgelegt sind und dem entsprechend kompensiert beziehungsweise berücksichtigt werden können, um die konsistenten Scanpunkte zu identifizieren. Eine Bewegung der reflektierenden Objekte bezüglich der Umgebung wird dabei insbesondere vernachlässigt. Die gefilterte erste Punktwolke beschreibt daher in erster Linie statische Objekte in der Umgebung des aktiven optischen Sensorsystems.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich Rauschen, insbesondere elektrisches Rauschen, durch räumlich inkonsistente oder nur kurzzeitig während eines oder zwei Scanzyklen erscheinenden Merkmalen in dem wenigstens einen Detektorsignal widerspiegeln, wohingegen echte Scanpunkte, die auf Reflexionen von Objekten in der Umgebung zurückgehen, über die zwei oder mehr Scanzyklen wie beschrieben konsistent auftreten. Durch die Akkumulation der ersten Punktwolken und die entsprechende Filterung zum Erzeugen der gefilterten ersten Punktwolke wird also neben der Energie ein weiteres Unterscheidungskriterium geschaffen, um echte Scanpunkte von Einflüssen durch Rauschen unterscheiden zu können, nämlich die zeitliche und räumliche Konsistenz in dem erläuterten Sinne. Dadurch kann der Schwellwert für die Energie reduziert werden, ohne dass der Einfluss von Rauschen auf die gefilterte erste Punktwolke signifikant erhöht wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass dadurch auch Reflexionen von Objekten, die sehr weit von dem aktiven optischen Sensorsystem entfernt sind oder nur eine geringe Reflektivität aufweisen und dem entsprechend zu geringen Energien der erfassten reflektierten Anteile der Lichtimpulse führen, detektiert werden können, dass mit anderen Worten also die Sensitivität des aktiven optischen Sensorsystems erhöht wird.
Ein aktives optisches Sensorsystem, insbesondere dessen Emittereinheit, weist definitionsgemäß wenigstens eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht beziehungsweise von Lichtimpulsen auf. Die Lichtquelle kann insbesondere als Laser ausgestaltet sein, beispielsweise als Infrarotlaser. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem, insbesondere dessen Detektoreinheit, definitionsgemäß wenigstens einen optischen Detektor auf, um reflektierte Anteile des ausgesendeten Lichts zu erfassen. Beispielsweise stellen Lidarsysteme aktive optische Sensorsysteme dar.
Eine bekannte Bauform von Lidarsystemen sind sogenannte Laserscanner, bei denen ein Laserstrahl mittels einer Umlenkeinheit abgelenkt wird, so dass verschiedene Ablenkwinkel des Laserstrahls realisiert werden können. Die Umlenkeinheit kann beispielsweise einen drehbar gelagerten Spiegel enthalten. Alternativ kann die Umlenkeinheit ein Spiegelelement mit einer kipp- und/oder schwenkbaren Oberfläche aufweisen. Das Spiegelelement kann beispielsweise als mikroelektromechanisches System, MEMS, ausgestaltet sein. In der Umgebung können die ausgesendeten Laserstrahlen teilweise reflektiert werden und die reflektierten Anteile können wiederum auf den Laserscanner treffen, insbesondere auf die Umlenkeinheit, die sie auf eine Detektoreinheit des Laserscanners lenken kann. Jeder optische Detektor der Detektoreinheit erzeugt insbesondere ein zugehöriges Detektorsignal basierend auf den von dem jeweiligen optischen Detektor erfassten Anteilen. Anhand der räumlichen Anordnung des jeweiligen Detektors kann zusammen mit der aktuellen Position der Umlenkeinheit, insbesondere ihrer Drehposition beziehungsweise ihrer Kipp- und/oder Schwenkposition, somit auf die Einfallsrichtung der detektierten reflektierten Anteile geschlossen werden. Die wenigstens eine Verarbeitungseinheit kann zudem beispielsweise eine Lichtlaufzeitmessung durchführen, um einen radialen Abstand des reflektierenden Objekts zu bestimmen. Zur Abstandsbestimmung kann alternativ oder zusätzlich auch ein Verfahren eingesetzt werden, gemäß dem ein Phasenunterschied zwischen emittiertem und detektiertem Licht ausgewertet wird.
Unter reflektierten Anteilen können von Objekten in der Umgebung, inklusive einer Fahrbahnoberfläche, zurückgeworfene Anteile der Lichtimpulse verstanden werden. Es handelt sich dabei also nicht notwendigerweise um spiegelnd reflektiertes Licht. Vielmehr können die reflektierten Anteile auch retroreflektiertes und/oder gestreutes Licht beinhalten.
Der Begriff „Licht“ kann derart verstanden werden, dass davon elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im infraroten Bereich und/oder im ultravioletten Bereich umfasst sind. Dementsprechend kann auch der Begriff „optisch“ derart verstanden werden, dass er sich auf Licht nach diesem Verständnis bezieht.
Das erfindungsgemäße aktive optische Sensorsystem kann beispielsweise als Lidarsensorsystem, insbesondere als Laserscanner, ausgebildet sein.
Die einzelnen ersten Punktwolken für die zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Scanzyklen enthalten nicht notwendigerweise alle möglichen Scanpunkte, die erfasst werden könnten, bilden also nicht notwendigerweise alle Überschreitungen des Schwellwerts ab. Vielmehr kann eine Einschränkung auf einen bestimmten Teil des Sichtfelds des aktiven optischen Sensorsystems, eine Beschränkung auf verschiedene Lagen und/oder eine Einschränkung auf einen vorgegebenen Bereich des radialen Abstands, also effektiv der Messzeit, vorgenommen werden.
Trifft ein reflektierter Anteil der emittierten Lichtimpulse auf einen der optischen Detektoren, so erzeugt der optische Detektor an einem Detektorausgang eine entsprechende Spannung oder einen entsprechenden Strom, der als entsprechendes Detektorrohsignal abgegriffen werden kann. Das Detektorrohsignal kann dann beispielsweise verstärkt und/oder in anderer Weise vorverarbeitet werden, um eines der entsprechenden Detektorsignale zu erzeugen. Jeder optische Detektor der Detektoreinheit erzeugt also insbesondere genau ein Detektorrohsignal und basierend darauf wird genau eines der Detektorsignale erzeugt. Das Detektorsignal kann dabei, je nach Ausgestaltung der optischen Detektoren, beispielsweise die detektierte Leistung der einfallenden Photonen als Funktion der Zeit darstellen. Wird das Detektorsignal dem entsprechend über eine vordefinierte Integrationszeit integriert, so resultiert daraus die Energie. Überschreitet die Energie nun den vordefinierten ersten Schwellwert, so wird ein entsprechender Scanpunkt erzeugt. Alternativ kann auch das Sensorsignal als bereits integrierte zeitabhängige Leistung als Funktion der Zeit aufgefasst werden, so dass das Detektorsignal die Energie direkt wiedergibt und dem entsprechend mit dem Schwellwert verglichen werden kann.
Jeder Detektor kann dabei pro Scanzyklus einen oder mehrere Scanpunkte oder gegebenenfalls auch keinen Scanpunkt liefern. Aufgrund der räumlichen Anordnung der optischen Detektoren in dem aktiven optischen Sensorsystem und beispielsweise aufgrund der aktuellen Position der Umlenkeinheit kann für jeden Scanpunkt eine Einfallsrichtung bestimmt werden. Zudem kann die Verarbeitungseinheit basierend auf der Lichtlaufzeit den radialen Abstand bestimmen, so dass für jeden Scanpunkt dreidimensionale Koordinaten zur Verfügung stehen. Eine Punktwolke speichert dem entsprechend für jeden Scanpunkt beispielsweise seine dreidimensionalen Koordinaten und gegebenenfalls weitere Informationen, die sich aus dem Detektorsignal oder Konfigurationsparametern bei der Erfassung ergeben können.
Der erste Schwellwert definiert also eine Messempfindlichkeit des aktiven optischen Sensorsystems zur Erzeugung der ersten Punktwolken. Der erste Schwellwert beziehungsweise die Messempfindlichkeit definiert dabei, welche Signaturen des wenigstens einen Detektorsignals als Rauschen behandelt und entsprechend verworfen werden und welche als relevante Messungen behandelt werden. Je geringer der erste Schwellwert ist, desto höher ist der Anteil von falschen Scanpunkten in den ersten Punktwolken, also solchen, die auf Rauschen zurückgehen.
Durch die Bestimmung der konsistenten Scanpunkte und die entsprechende Erzeugung der gefilterten ersten Punktwolke wird dieser Effekt jedoch wenigstens zum Teil kompensiert, so dass die Messempfindlichkeit erhöht werden kann, indem der erste Schwellwert verringert wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass der erste Schwellwert unabhängig von der Detektorempfindlichkeit der Detektoreinheit, insbesondere der einzelnen optischen Detektoren, wählbar ist. Die Detektorempfindlichkeit der optischen Detektoren, die beispielsweise im Falle von Fotodioden oder Lawinenfotodioden, APD (englisch: "avalanche photo diodes"), über deren Vorspannung eingestellt werden kann, kann während der zwei oder mehr Scanzyklen insbesondere konstant sein. Alternativ können auch dynamische Regelungen der Detektorempfindlichkeit vorgenommen werden. Die Wahl des ersten Schwellwerts ist davon wie erwähnt grundsätzlich unabhängig.
Durch die Erfindung können insbesondere auch weit entfernte Objekte zuverlässiger detektiert werden, ohne dass die Detektorempfindlichkeit entsprechend erhöht werden muss, beispielsweise laufzeitabhängig. Dies verhindert zum einen eine Reduktion des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses. Im Gegensatz zur Detektorempfindlichkeit, die zu einem gegebenen Zeitpunkt für einen gegebenen optischen Detektor nur einen Wert annehmen kann, können hinsichtlich der Messempfindlichkeit des Systems unterschiedliche Schwellwerte für die Energie gleichzeitig vorgesehen werden, so dass für jeden Scanzyklus zwei oder mehr Punktwolken erzeugt werden können, die mit unterschiedlichen Messempfindlichkeiten oder Schwellwerten erzeugt wurden. Auf diese Weise kann insbesondere eine durch die Akkumulation der ersten Punktwolken resultierende Reduktion der zeitlichen Auflösung kompensiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen die jeweilige erste Punktwolke gemäß einem vorgegebenen ersten Grenzabstand zu erzeugen, wobei die jeweilige erste Punktwolke nur Scanpunkte enthält, deren radialer Abstand von der Detektoreinheit größer oder gleich dem ersten Grenzabstand ist. Mit anderen Worten werden Überschreitungen des ersten Schwellwertes vor einer minimalen Messzeit, die dem Grenzabstand entspricht, nicht berücksichtigt, um die erste Punktwolke zu erzeugen.
Da die Wahrscheinlichkeit für Reflexionen mit geringer Energie für weiter entfernte Objekte größer ist als für näherliegende Objekte, ist die erfindungsgemäße Filterung der ersten Punktwolken umso vorteilhafter, je größer der radiale Abstand des entsprechenden Objekts ist beziehungsweise je größer die Messdauer wird. Durch die Begrenzung auf radiale Abstände größer oder gleich dem ersten Grenzabstand kann daher der erforderliche Speicherbedarf zur Speicherung der ersten Punktwolken und/oder die Rechenzeit zur Verarbeitung der Messungen reduziert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, basierend auf dem wenigstens einen Detektorsignal für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen jeweils eine zweite Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen, wobei jeder Scanpunkt der jeweiligen zweiten Punktwolke einer Überschreitung eines vorgegebenen zweiten Schwellwerts durch die durch das wenigstens eine Detektorsignal wiedergegebene Energie entspricht und wobei der zweite Schwellwert größer ist als der erste Schwellwert.
Auf diese Weise kann die verwertbare Information während der zwei oder mehr Scanzyklen erhöht werden. Die zweiten Punktwolken enthalten zwar gegebenenfalls weniger Scanpunkte als die entsprechenden ersten Punktwolken, weil der zweite Schwellwert für die Energie größer ist als der erste Schwellwert. Dafür ist jedoch der Einfluss von Rauschen auf die einzelnen zweiten Punktwolken geringer als für die entsprechenden ersten Punktwolken. Die zweiten Punktwolken müssen daher nicht wie für die ersten Punktwolken gefiltert werden, so dass für die zwei oder mehr Scanzyklen insgesamt eine gefilterte erste Punktwolke und entsprechend zwei oder mehr nicht gefilterte zweite Punktwolken zur Verfügung stehen. Die zweiten Punktwolken erlauben eine erhöhte zeitliche Auflösung der Messung, wohingegen die gefilterte erste Punktwolke in der beschriebenen Weise besonders schwach reflektierende Objekte abbilden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen die jeweilige zweite Punktwolke gemäß einem vorgegebenen zweiten Grenzabstand zu erzeugen, wobei die jeweilige zweite Punktwolke nur Scanpunkte enthält, deren radialer Abstand von der Detektoreinheit größer oder gleich dem zweiten Grenzabstand ist und wobei der zweite Grenzabstand größer oder gleich null und kleiner als der erste Grenzabstand ist.
Da für näher liegende Objekte die Energie der entsprechenden reflektierten Anteile tendenziell größer ist, wird so die zeitliche Auflösung durch die zweiten Punktwolken für nahe Objekte entsprechend vorteilhaft ausgenutzt.
Der erste Grenzabstand kann beispielsweise in dem Intervall [20 m, 80 m] liegen, beispielsweise in dem Intervall [30 m, 60 m].
Es hat sich gezeigt, dass in diesem Bereich eine besonders effiziente Abwägung zwischen Speicherbedarf und Rechenzeit einerseits und erhöhter Sensitivität andererseits erreichbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die Emittereinheit den wenigstens einen optischen Detektor, der dazu eingerichtet ist, die reflektierten Anteile der Vielzahl emittierter Lichtimpulse zu erfassen und abhängig davon das wenigstens eine Detektorsignal zu erzeugen. Das aktive optische Sensorsystem, insbesondere die wenigstens eine Verarbeitungseinheit, weist die Treibereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die Detektorempfindlichkeit des wenigstens einen Detektors zu steuern, so dass die Detektorempfindlichkeit zumindest während jedes Scanzyklus der zwei oder mehr Scanzyklen konstant ist.
Auf diese Weise kann also insbesondere die Detektorempfindlichkeit derart eingestellt werden, dass das Signal-zu-Rausch-Verhältnis für den zweiten Schwellwert für die Energie optimiert wird. Der erste Schwellwert für die Energie ist geringer, so dass das Signal-zu-Rausch-Verhältnis dementsprechend unterhalb des optimalen Werts liegt, was jedoch durch die Filterung wie beschrieben kompensiert wird.
Der wenigstens eine optische Detektor ist insbesondere als wenigstens eine Lawinenfotodiode, APD, ausgebildet. Zum Steuern der Detektorempfindlichkeit kann die Treibereinheit daher insbesondere eine Vorspannung oder Bias-Spannung oder negative Sperrspannung des optischen Detektors steuern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Gesamtanzahl von Scanzyklen der zwei oder mehr Scanzyklen in dem Intervall [2, 20], insbesondere in dem Intervall [3, 15], beispielsweise in dem Intervall [4, 10]. Die Gesamtanzahl der Scanzyklen entspricht insbesondere der Gesamtanzahl der einzelnen ersten Punktwolken, basierend auf denen die gefilterte erste Punktwolke erzeugt wird, sowie in entsprechenden Ausführungsformen der Gesamtanzahl der zweiten Punktwolken. Hinsichtlich der gefilterten ersten Punktwolken hat sich herausgestellt, dass in den genannten Bereichen, abhängig von der konkreten Ausgestaltung des aktiven optischen Sensorsystems und seiner Konfiguration, eine ausreichende Erhöhung der Sensitivität bei akzeptabler Reduktion der zeitlichen Auflösung erzielen lässt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, Bewegungsdaten betreffend eine Bewegung des aktiven optischen Sensorsystems während der zwei oder mehr Scanzyklen zu erhalten und die konsistenten Scanpunkte abhängig von den Bewegungsdaten zu identifizieren.
Die Bewegungsdaten können beispielsweise eine Geschwindigkeit und/oder eine Rotationsrate des aktiven optischen Sensorsystems betreffen. Beispielsweise können die Bewegungsdaten einen Betrag und eine Richtung der Translationsgeschwindigkeit oder zwei kartesische Koordinaten der Translationsgeschwindigkeit oder dergleichen des aktiven optischen Sensorsystems enthalten und/oder beispielsweise eine Gierrate des aktiven optischen Sensorsystems. Ist das aktive optische Sensorsystem beispielsweise an einem Kraftfahrzeug montiert, so können die Bewegungsdaten des aktiven optischen Sensorsystems durch die entsprechenden Bewegungsdaten des Kraftfahrzeugs gegeben sein, die beispielsweise mittels eines oder mehrerer Inertialsensoren des Kraftfahrzeugs bestimmt werden können.
Um die konsistenten Scanpunkte abhängig von den Bewegungsdaten zu identifizieren, können insbesondere die einzelnen Scanpunkte der ersten Punktwolken entsprechend ihrer Bewegung und der Dauer eines Scanzyklus verschoben oder transformiert werden, so dass die unterschiedlichen Scanpunkte unterschiedlicher erster Punktwolken miteinander vergleichbar sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektronisches Fahrzeugführungssystem für ein Kraftfahrzeug angegeben. Das elektronische Fahrzeugführungssystem weist ein aktives optisches Sensorsystem gemäß der Erfindung auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das elektronische Fahrzeugführungssystem wenigstens eine Recheneinheit auf, die dazu eingerichtet ist, abhängig von der gefilterten ersten Punktwolke wenigstens ein Steuersignal zum zumindest teilweise automatischen Führen des Kraftfahrzeugs zu erzeugen und/oder eine Warnmeldung und/oder eine Informationsmeldung für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs zu erzeugen.
Das wenigstens eine Steuersignal kann beispielsweise zur Ansteuerung eines oder mehrerer Aktuatoren des Kraftfahrzeugs verwendet werden, um eine Quer- oder Längssteuerung des Kraftfahrzeugs entsprechend automatisch oder teilweise automatisch zu beeinflussen.
Ist die Verarbeitungseinheit des aktiven optischen Sensorsystems zur Erzeugung der zweiten Punktwolken eingerichtet, so können das wenigstens eine Steuersignal, die Warnmeldung und/oder die Informationsmeldung abhängig von der gefilterten ersten Punktwolke und wenigstens einer der zweiten Punktwolken, insbesondere allen zweiten Punktwolken, erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des elektronischen Fahrzeugführungssystems, gemäß welcher die wenigstens eine Verarbeitungseinheit des aktiven optischen Sensorsystems dazu eingerichtet ist, die Bewegungsdaten zu erhalten und die konsistenten Scanpunkte abhängig davon zu identifizieren, weist das elektronische Fahrzeugführungssystem wenigstens einen Inertialsensor für das Kraftfahrzeug auf, der dazu eingerichtet ist, die Bewegungsdaten abhängig von einer Bewegung des Kraftfahrzeugs während der zwei oder mehr Scanzyklen zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystem oder mit einem erfindungsgemäßen elektronischen Fahrzeugführungssystem angegeben. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven optischen Sensorsystems angegeben. Mittels des aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere mittels einer Emittereinheit des aktiven optischen Sensorsystems, wird während zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Scanzyklen jeweils eine Vielzahl von Lichtimpulsen emittiert. Mittels des aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere mittels einer Detektoreinheit des aktiven optischen Sensorsystems, werden reflektierte Anteile der Vielzahl emittierter Lichtimpulse erfasst und abhängig davon wird wenigstens ein Detektorsignal erzeugt, welches eine Energie eines entsprechenden reflektierten Anteils wiedergibt. Basierend auf dem wenigstens einen Detektorsignal für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen wird jeweils eine erste Punktwolke von Scanpunkten erzeugt, wobei jeder Scanpunkt einer Überschreitung eines vorgegebenen ersten Schwellwerts durch die durch das wenigstens eine Detektorsignal wiedergegebene Energie entspricht. Es werden, insbesondere mittels wenigstens einer Verarbeitungseinheit des aktiven optischen Sensorsystems, konsistente Scanpunkte der ersten Punktwolken identifiziert, die sich dadurch auszeichnen, dass sie mit jeweils konsistenten räumlichen Koordinaten in jeder der ersten Punktwolken enthalten sind. Eine gefilterte erste Punktwolke wird basierend auf den identifizierten konsistenten Scanpunkten erzeugt, insbesondere mittels der wenigstens einen Verarbeitungseinheit.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs angegeben, wobei das Kraftfahrzeug ein aktives optisches Sensorsystem, insbesondere ein erfindungsgemäßes aktives optisches Sensorsystem, aufweist. Dazu wird ein Verfahren zum Betreiben des aktiven optischen Sensorsystems gemäß der Erfindung durchgeführt und das Kraftfahrzeug wird abhängig von der gefilterten ersten Punktwolke wenigstens teilweise automatisch geführt.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des aktiven optischen Sensorsystems folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems und des elektronischen Fahrzeugführungssystems gemäß der Erfindung und jeweils umgekehrt. Insbesondere ist ein aktives optisches Sensorsystem dazu eingerichtet, ein Verfahren zum Betreiben des aktiven optischen Sensorsystems durchzuführen oder führt ein solches Verfahren durch.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein erstes Computerprogramm mit ersten Befehlen angegeben. Bei Ausführung der ersten Befehle durch ein erfindungsgemäßes aktives optisches Sensorsystem veranlassen die ersten Befehle das aktive optische Sensorsystem dazu, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines aktiven optischen Sensorsystems durchzuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein zweites Computerprogramm mit zweiten Befehlen angegeben. Bei Ausführung der zweiten Befehle durch ein erfindungsgemäßes elektronisches Fahrzeugführungssystem, insbesondere durch die wenigstens eine Recheneinheit und/oder die wenigstens eine Verarbeitungseinheit, veranlassen die zweiten Befehle das elektronische Fahrzeugführungssystem, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, welches ein erstes und/oder ein zweites Computerprogramm gemäß der Erfindung speichert.
Das erste und das zweite Computerprogramm sowie das computerlesbare Speichermedium können als jeweilige Computerprogrammprodukte mit den ersten und/oder zweiten Befehlen aufgefasst werden.
Unter einem elektronischen Fahrzeugführungssystem kann ein elektronisches System verstanden werden, das dazu eingerichtet ist, ein Fahrzeug vollautomatisch oder vollautonom zu führen, insbesondere ohne dass ein Eingriff in eine Steuerung durch einen Fahrer erforderlich ist. Das Fahrzeug führt alle erforderlichen Funktionen, wie Lenk, Brems- und/oder Beschleunigungsmanöver, die Beobachtung und Erfassung des Straßenverkehrs sowie entsprechende Reaktionen automatisch durch. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs nach Stufe 5 der Klassifizierung gemäß SAE J3016 implementieren. Unter einem elektronischen Fahrzeugführungssystem kann auch ein Fahrerassistenzsystem (englisch: „advanced driver assistance system“, ADAS) verstanden werden, welches den Fahrer beim teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahren unterstützt. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrmodus nach den Stufen 1 bis 4 gemäß der SAE J3016-Klassifizierung implementieren. Hier und im Folgenden bezieht sich „SAE J3016“ auf die entsprechende Norm in der Version vom Juni 2018.
Die wenigstens teilweise automatische Fahrzeugführung kann es daher beinhalten, das Fahrzeug gemäß eines vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus der Stufe 5 nach SAE J3016 zu führen. Die wenigstens teilweise automatische Fahrzeugführung kann auch beinhalten, das Fahrzeug gemäß eines teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrmodus nach den Stufen 1 bis 4 nach SAE J3016 zu führen.
Ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung die Rede davon, dass eine Komponente des erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere die wenigstens eine Verarbeitungseinheit, oder des erfindungsgemäßen elektronischen Fahrzeugführungssystems, insbesondere die wenigstens eine Recheneinheit, dazu eingerichtet, ausgebildet, ausgelegt, oder dergleichen ist, eine bestimmte Funktion auszuführen oder zu realisieren, eine bestimmte Wirkung zu erzielen oder einem bestimmten Zweck zu dienen, so kann dies derart verstanden werden, dass die Komponente, über die prinzipielle oder theoretische Verwendbarkeit oder Eignung der Komponente für diese Funktion, Wirkung oder diesen Zweck hinaus, durch eine entsprechende Anpassung, Programmierung, physische Ausgestaltung und so weiter konkret und tatsächlich dazu in der Lage ist, die Funktion auszuführen oder zu realisieren, die Wirkung zu erzielen oder dem Zweck zu dienen.
Unter einer Recheneinheit kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden, die einen Verarbeitungsschaltkreis enthält. Auch die wenigstens eine Verarbeitungseinheit kann in diesem Sinne als wenigstens eine Recheneinheit aufgefasst werden. Die Recheneinheit kann also insbesondere Daten zur Durchführung von Rechenoperationen verarbeiten. Darunter fallen gegebenenfalls auch Operationen, um indizierte Zugriffe auf eine Datenstruktur, beispielsweise eine Umsetzungstabelle, LUT (englisch: „look-up table“), durchzuführen.
Die Recheneinheit kann insbesondere einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere integrierte Schaltkreise enthalten, beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASIC (englisch: „application-specific integrated circuit“), eines oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays, FPGA, und/oder eines oder mehrere Einchipsysteme, SoC (englisch: „system on a chip“). Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Prozessoreinheiten, CPU (englisch: „central processing unit“), eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten, GPU (englisch: „graphics processing unit“) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere digitale Signalprozessoren, DSP, enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Verbund von Computern oder sonstigen der genannten Einheiten beinhalten.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstelle und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten. Eine Speichereinheit kann als flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, DRAM (englisch: „dynamic random access memory“) oder statischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, SRAM (englisch: „static random access memory“), oder als nicht-flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als Festwertspeicher, ROM (englisch: „read-only memory“), als programmierbarer Festwertspeicher, PROM (englisch: „programmable read-only memory“), als löschbarer Festwertspeicher, EPROM (englisch: „erasable read-only memory“), als elektrisch löschbarer Festwertspeicher, EEPROM (englisch: „electrically erasable read-only memory“), als Flash-Speicher oder Flash-EEPROM, als ferroelektrischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, FRAM (englisch: „ferroelectric random access memory“), als magnetoresistiver Speicher mit wahlfreiem Zugriff, MRAM (englisch: „magnetoresistive random access memory“) oder als Phasenänderungsspeicher mit wahlfreiem Zugriff, PCRAM (englisch: „phase-change random access memory“), ausgestaltet sein.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen von der Erfindung umfasst sein. Es sind insbesondere auch Ausführungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer beispielhaften Ausführungsform eines elektronischen Fahrzeugführungssystems gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Blockdarstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektronischen Fahrzeugführungssystems sowie einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems; Fig. 3 Schwellwerte für die Energie reflektierter Anteile von Licht als Funktion des radialen Abstands; und
Fig. 4 Sichtfelder einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines aktiven optischen Sensorsystems gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt, das ein elektronisches Fahrzeugführungssystem 2 gemäß der Erfindung aufweist. Das elektronische Fahrzeugführungssystem 2 enthält eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen aktiven optischen Sensorsystems 4 sowie eine Recheneinheit 5.
In Fig. 2 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm für das elektronische Fahrzeugführungssystem 2 dargestellt, wobei das aktive optische Sensorsystem 4 als Lidarsensorsystem ausgestaltet ist, das auf der Technologie eines Laserscanners basiert.
Das aktive optische Sensorsystem 4 weist eine Emittereinheit 6 auf, die wenigstens eine Lichtquelle, insbesondere wenigstens eine Laserdiode, enthält. Die Emittereinheit 6 kann während jedes Scanzyklus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Scanzyklen jeweils Lichtimpulse 9, insbesondere infrarote Lichtimpulse, in die Umgebung des Sensorsystems 4 und dementsprechend in die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 emittieren. In der Umgebung können die emittierten Lichtimpulse 9 beispielsweise zum Teil von einem oder mehreren Objekten 3 reflektiert werden und entsprechende reflektierte Anteile 9‘ können zurück in Richtung des Sensorsystems 4 propagieren, wo sie durch eine Detektoreinheit 7 des Sensorsystems erfasst werden können.
Die Detektoreinheit 7 kann insbesondere mehrere Fotodioden, beispielsweise APDs, beinhalten, die als optische Detektoren der Detektoreinheit bezeichnet werden können. Jeder optische Detektor der Detektoreinheit 7 kann abhängig von den entsprechenden erfassten reflektierten Anteilen 9‘ ein Detektorsignal erzeugen, welches eine Energie des entsprechenden reflektierten Anteils 9‘ direkt oder indirekt wiedergibt. Wird das Detektorsignal insbesondere über ein vorgegebenes Integrationsintervall integriert, so resultiert daraus die während des Integrationszeitraums erfasste Energie.
Das Sensorsystem 4 weist außerdem eine Verarbeitungseinheit 8 auf, die mit der Detektoreinheit 7 verbunden ist und die Detektorsignale erhalten kann. Es sei darauf hingewiesen, dass die Recheneinheit 5 und die Verarbeitungseinheit 8 nicht notwendigerweise physisch oder funktional voneinander getrennt sind. Insbesondere kann die Recheneinheit 5 die Verarbeitungseinheit teilweise oder vollständig beinhalten oder umgekehrt. Alternativ kann die Recheneinheit 5 hinsichtlich der Verarbeitungseinheit 8 beschriebene Funktionen oder Verfahrensschritte ausführen oder umgekehrt. Typischerweise ist die Verarbeitungseinheit, welche auch eine Treibereinheit für die Emittereinheit 6 beinhaltet, in einem Gehäuse des Sensorsystems 4 verbaut und die Recheneinheit 5 außerhalb des Gehäuses, beispielsweise als Teil eines Steuergeräts des Kraftfahrzeugs 1. Dies ist aber, wie erwähnt, nicht notwendigerweise der Fall.
Die Verarbeitungseinheit 8 kann nun für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen basierend auf den Detektorsignalen eine entsprechende erste Punktwolke von Scanpunkten, die auch als Abtastpunkte bezeichnet werden können, erzeugen. Jeder Scanpunkt der entsprechenden ersten Punktwolke entspricht dabei einer Überschreitung eines vorgegebenen ersten Schwellwerts T1 durch die Energie, welche durch das entsprechende Detektorsignal wiedergegeben wird. In Fig. 3 ist schematisch der erste Schwellwert T1 als konstante Funktion des radialen Abstands, welcher einer Messzeit nach dem Emittieren der Lichtimpulse 9 entspricht, dargestellt. Optional können die ersten Punktwolken derart erzeugt werden, dass sie nur Scanpunkte mit radialen Abständen r enthalten, die größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzabstand R sind, der beispielsweise zwischen 40 m und 50 m liegen kann.
Optional kann auch das horizontale Sichtfeld zur Erzeugung der ersten Punktwolken auf ein gegenüber einem gesamten Sichtfeld 13 reduziertes Sichtfeld 12 eingeschränkt werden, wie schematisch in Fig. 4 dargestellt.
Die Verarbeitungseinheit 8 kann basierend auf den ersten Punktwolken konsistente Scanpunkte identifizieren. Die konsistenten Scanpunkte zeichnen sich dabei dadurch aus, dass die in jeder der ersten Punktwolken enthalten sind und jeweils räumlich konsistente räumliche Koordinaten aufweisen, also im Stillstand des Kraftfahrzeugs 1 an denselben Koordinaten auftreten beziehungsweise entsprechend einer Bewegung des Kraftfahrzeugs 1 zueinander verschoben sind. Die Verarbeitungseinheit 8 erzeugt dann eine gefilterte erste Punktwolke, welche nur die identifizierten konsistenten Scanpunkte beziehungsweise die entsprechend der Bewegung verschobenen konsistenten Scanpunkte beinhaltet.
Im Gegensatz zu den konsistenten Scanpunkten verändert sich die räumliche Position von Artefakten, die auf Rauschen zurückgehen, in den zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Scanzyklen in nicht konsistenter Weise und/oder die entsprechenden Artefakte tauchen nicht in allen Scanzyklen in der zugehörigen ersten Punktwolke auf. Solche Artefakte sind in der gefilterten ersten Punktwolke daher nicht enthalten, so dass die gefilterte erste Punktwolke mit hoher Zuverlässigkeit echte Objekte darstellt.
Im Kontext des elektronischen Fahrzeugführungssystems 2 kann die Recheneinheit 5 nun die gefilterte erste Punktwolke verwenden, um das Kraftfahrzeug 1 automatisch oder teilweise automatisch zu führen beziehungsweise einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 bei der Führung des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen.
In manchen Ausführungsformen erzeugt die Verarbeitungseinheit 8 neben den ersten Punktwolken für jeden Scanzyklus auch eine zweite Punktwolke, wobei hier ein zweiter Schwellwert T2 für die Energie vorgesehen ist, der größer ist als der erste Schwellwert T1 , wie schematisch in Fig. 3 dargestellt. Zudem können die zweiten Punktwolken beispielsweise auch für radiale Abstände r erzeugt werden, die kleiner sind als der Grenzabstand R.
Dadurch, dass der zweite Schwellwert T2 größer ist als der erste Schwellwert T1 , ist der Einfluss von Rauschen auf die zweiten Punktwolken geringer als auf die ersten Punktwolken. Die zweiten Punktwolken können daher von der Recheneinheit 5 zusätzlich zu der gefilterten ersten Punktwolke zur teilweise automatischen Führung des Kraftfahrzeugs 1 oder zur Unterstützung des Fahrers verwendet werden, um eine höhere zeitliche Auflösung zu erzielen.
Wie insbesondere hinsichtlich der Figuren beschrieben erlaubt es die Erfindung, Objekte mit geringer Reflektivität und/oder in großem Abstand zu dem aktiven optischen Sensorsystem zuverlässig zu erfassen, ohne den Einfluss von Rauschen signifikant zu erhöhen.
Dazu wird insbesondere ein Schwellwert für die Energie verwendet, der kleiner sein kann als ein hinsichtlich des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses optimaler Schwellwert. Artefakte durch elektrisches Rauschen werden daher zunächst als potenzielle echte Objekte betrachtet. Sodann können die Messungen über mehrere Scanzyklen akkumuliert werden, um echte Objekte zu validieren, indem ausgenutzt wird, dass die Position der Artefakte in der Regel zeitabhängig flackert. Eine mögliche Eigenbewegung des Sensorsystems wird dabei gegebenenfalls berücksichtigt. In verschiedenen Ausführungsformen der Schwellenwert dynamischen abhängig von der radialen Entfernung sein. Bei einer großen Entfernung kann der Schwellenwert unter den optimalen Schwellwert gesetzt werden, um das elektrische Rauschen herauszufiltern. Es kann auch ein weiterer, beispielsweise entfernungsunabhängiger, Schwellwert vorgesehen werde, um Nah- und Mittelbereich mit geringem Rauschen und höherer zeitlicher Auflösung zu erfassen.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein sehr niedriger Schwellwert für die Energie gewählt werden kann, sodass sehr schwach reflektierende Objekte ohne den Nachteil stark erhöhten Rauschens erfasst werden können.

Claims
Patentansprüche Aktives optisches Sensorsystem (4) aufweisend eine Emittereinheit (6), die dazu eingerichtet ist, während zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Scanzyklen jeweils eine Vielzahl von Lichtimpulsen (9) zu emittieren; eine Detektoreinheit (7), die dazu eingerichtet ist, reflektierte Anteile (9') der Vielzahl emittierter Lichtimpulse (9) zu erfassen und abhängig davon wenigstens ein Detektorsignal zu erzeugen, welches eine Energie eines entsprechenden reflektierten Anteils (9') wiedergibt; und wenigstens eine Verarbeitungseinheit (8), die dazu eingerichtet ist, basierend auf dem wenigstens einen Detektorsignal für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen jeweils eine erste Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen, wobei jeder Scanpunkt einer Überschreitung eines vorgegebenen ersten Schwellwerts (T1) durch die durch das wenigstens eine Detektorsignal wiedergegebene Energie entspricht; dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verarbeitungseinheit (8) dazu eingerichtet ist, konsistente Scanpunkte der ersten Punktwolken zu identifizieren, die sich dadurch auszeichnen, dass sie mit jeweils konsistenten räumlichen Koordinaten in jeder der ersten Punktwolken enthalten sind; und basierend auf den identifizierten konsistenten Scanpunkten eine gefilterte erste Punktwolke zu erzeugen. Aktives optisches Sensorsystem (4) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verarbeitungseinheit (8) dazu eingerichtet ist, für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen die jeweilige erste Punktwolke gemäß einem vorgegebenen ersten Grenzabstand (R) zu erzeugen, wobei die jeweilige erste Punktwolke nur Scanpunkte enthält, deren radialer Abstand von der Detektoreinheit (7) größer oder gleich dem ersten Grenzabstand (R) ist. Aktives optisches Sensorsystem (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verarbeitungseinheit (8) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem wenigstens einen Detektorsignal für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen jeweils eine zweite Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen, wobei jeder Scanpunkt einer Überschreitung eines vorgegebenen zweiten Schwellwerts (T2) durch die durch das wenigstens eine Detektorsignal wiedergegebene Energie entspricht und wobei der zweite Schwellwert (T2) größer ist als der erste Schwellwert (T1 ). Aktives optisches Sensorsystem (4) gemäß Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, das die wenigstens eine Verarbeitungseinheit (8) dazu eingerichtet ist, für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen die jeweilige zweite Punktwolke gemäß einem vorgegebenen zweiten Grenzabstand zu erzeugen, wobei die jeweilige zweite Punktwolke nur Scanpunkte enthält, deren radialer Abstand von der Detektoreinheit (7) größer oder gleich dem zweiten Grenzabstand ist; und der zweite Grenzabstand größer oder gleich Null ist und kleiner als der erste Grenzabstand (R) ist. Aktives optisches Sensorsystem (4) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das der erste Grenzabstand (R) in dem Intervall [20 m, 80 m] liegt, beispielsweise in dem Intervall [30 m, 60 m]. Aktives optisches Sensorsystem (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Emittereinheit (6) wenigstens einen optischen Detektor enthält, der dazu eingerichtet ist, die reflektierten Anteile (9') der Vielzahl emittierter Lichtimpulse (9) zu erfassen und abhängig davon das wenigstens eine Detektorsignal zu erzeugen; das aktive optische Sensorsystem (4) eine Treibereinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Detektorempfindlichkeit des wenigstens einen Detektors zu steuern, sodass die Detektorempfindlichkeit zumindest während jedes Scanzyklus der zwei oder mehr Scanzyklen konstant ist. Aktives optisches Sensorsystem (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das eine Gesamtanzahl von Scanzyklen der zwei oder mehr Scanzyklen in dem Intervall [2, 20], insbesondere in dem Intervall [3, 15], beispielsweise in dem Intervall [4, 10]. Aktives optisches Sensorsystem (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Verarbeitungseinheit (8) dazu eingerichtet ist,
Bewegungsdaten betreffend eine Bewegung des aktiven optisches Sensorsystems
(4) während der zwei oder mehr Scanzyklen zu erhalten; und die konsistenten Scanpunkte abhängig von den Bewegungsdaten zu identifizieren. Aktives optisches Sensorsystem (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das das aktive optische Sensorsystem (4) als Lidarsensorsystem, insbesondere als Laserscanner, ausgestaltet ist. Elektronisches Fahrzeugführungssystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend ein aktives optisches Sensorsystem (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche. Elektronisches Fahrzeugführungssystem (2) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Fahrzeugführungssystem (2) wenigstens eine Recheneinheit (5) aufweist, die dazu eingerichtet ist, abhängig von der gefilterten ersten Punktwolke wenigstens ein Steuersignal zum zumindest teilweise automatischen Führen des Kraftfahrzeugs (1 ) zu erzeugen; und/oder eine Warnmeldung und/oder eine Informationsmeldung für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs (1 ) zu erzeugen. Elektronisches Fahrzeugführungssystem (2) gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das aktive optische Sensorsystem (4) gemäß Anspruch 8 ausgebildet ist; und das elektronische Fahrzeugführungssystem (2) wenigstens einen Inertialsensor für das Kraftfahrzeug (1 ) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Bewegungsdaten abhängig von einer Bewegung des Kraftfahrzeugs (1 ) während der zwei oder mehr Scanzyklen zu erzeugen. Verfahren zum Betreiben eines aktiven optischen Sensorsystems (4), wobei mittels des aktiven optischen Sensorsystems (4) während zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Scanzyklen jeweils eine Vielzahl von Lichtimpulsen (9) emittiert wird; mittels des aktiven optischen Sensorsystems (4) reflektierte Anteile (9') der Vielzahl emittierter Lichtimpulse (9) erfasst werden und abhängig davon wenigstens ein Detektorsignal erzeugt wird, welches eine Energie eines entsprechenden reflektierten Anteils (9') wiedergibt; basierend auf dem wenigstens einen Detektorsignal für jeden der zwei oder mehr Scanzyklen jeweils eine erste Punktwolke von Scanpunkten erzeugt wird, wobei jeder Scanpunkt einer Überschreitung eines vorgegebenen ersten Schwellwerts (T1 ) durch die durch das wenigstens eine Detektorsignal wiedergegebene Energie entspricht; dadurch gekennzeichnet, dass konsistente Scanpunkte der ersten Punktwolken identifiziert werden, die sich dadurch auszeichnen, dass sie mit jeweils konsistenten räumlichen Koordinaten in jeder der ersten Punktwolken enthalten sind; und basierend auf den identifizierten konsistenten Scanpunkten eine gefilterte erste Punktwolke erzeugt wird. Verfahren zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs (1), welches ein aktives optisches Sensorsystem (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren zum Betreiben des aktives optischen Sensorsystems (4) gemäß Anspruch 13 durchgeführt wird; und das Kraftfahrzeug (1 ) abhängig von der gefilterten ersten Punktwolke wenigstens teilweise automatisch geführt wird. Computerprogrammprodukt mit Befehlen, welche bei Ausführung der Befehle durch ein aktives optisches Sensorsystem (4) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das aktive optische Sensorsystem (4) dazu veranlassen, ein Verfahren gemäß Anspruch 13 durchzuführen; oder bei Ausführung der Befehle durch ein elektronisches Fahrzeugführungssystem (2) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, das elektronische Fahrzeugführungssystem (2) dazu veranlassen, ein Verfahren gemäß Anspruch 14 durchzuführen.
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