CN116893404A - 用于车辆的环境检测的装置和方法 - Google Patents

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CN116893404A CN202310348220.2A CN202310348220A CN116893404A CN 116893404 A CN116893404 A CN 116893404A CN 202310348220 A CN202310348220 A CN 202310348220A CN 116893404 A CN116893404 A CN 116893404A
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Abstract

本发明涉及用于车辆(F)的环境检测的装置，包括：照明单元(1)，用于射出光脉冲(11、12)到环境(8)中；光学检测单元(2)，用于探测环境(8)；分析处理单元(4)，用于分析处理由光学检测单元(2)记录的探测信号(19)；其中，所述照明单元(1)如此构成，使得周期地射出至少两个光脉冲(11、12)，光脉冲(11、12)的照明面具有相互互补构成的光图案(13、14)；如此驱控光学检测单元(2)，使得所述光学检测单元与光脉冲(11、12)的射出同步地检测通过光脉冲(11、12)照明的照明面作为探测图像(19)。本发明还涉及用于车辆(F)的环境检测的方法。

Description

用于车辆的环境检测的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于车辆的环境检测的装置，包括：照明单元，用于射出光脉冲到环境中；光学检测单元，用于探测环境；分析处理单元，用于分析处理由光学检测单元记录的探测信号。
本发明还涉及用于车辆的环境检测的方法，其中，在车辆的环境上发送光脉冲且光学地检测环境，分析处理环境的所检测的探测图像以便提供传感器数据。
背景技术
由文献DE 10 2009 007 408 A1已知用于车辆的环境检测的装置，所述装置具有用于射出光脉冲的照明单元以及用于探测在环境中的对象上反射的光脉冲的光学检测单元。光学检测单元构成为3D摄像机。在分析处理单元中如下分析处理光学检测单元的探测信号，即根据通过光学检测单元所探测的光脉冲的渡越时间可以计算对象的距离并从而计算对象的间隔。如此求取的分析处理信号例如可以用于停车辅助、自动停车、停车位测量、开门警告等。已知的照明单元为此设置在车辆的外后视镜、车尾区域和/或车头区域的区域中。例如，照明单元可以集成在车辆的现有的前照灯或灯具中。
由文献DE 10 2017 109 550 A1已知用于车辆的环境检测的装置，所述装置包括集成在车辆的侧视镜中的激光雷达传感器。根据射出和反射的光束脉冲的渡越时间可以求取在环境中对象的存在或对象的间隔。
因为环境检测特别是在自动行驶的车辆方面越来越重要，所以值得期望的是，具有用于环境检测的附加的冗余或用于环境检测的经改善的数据库。
发明内容
因此本发明的任务在于，如此提出用于车辆的环境检测的装置和方法，使得以节省空间和节省安装空间的方式来确保车辆的环境检测。
为了解决所述任务，结合权利要求1的前序部分，本发明的特征在于，照明单元如此构成，使得周期地射出至少两个光脉冲，其中，光脉冲的照明面具有相互互补构成的光图案；如此驱控光学检测单元，使得所述光学检测单元与光脉冲的射出同步地检测通过光脉冲照明的照明面作为探测图像。
本发明特别的优点在于，通过发出至少两个光脉冲——它们各自具有相互互补的走向的不同的光图案——可以射出相互抵消的传感器光，从而仅仅均匀的光斑、但是没有照明强度差异地射出到车辆前方区域中。光脉冲因此没有对车辆的环境产生干扰作用。通过光学接收单元可与光脉冲的射出同步地进入探测状态(短时的接通状态)，图像可以由光脉冲在车辆前方区域中创建且在分析处理单元中被分析处理。求取的分析处理信号于是可以用于支持另外的环境传感器或者在确定的环境条件下、例如强雾中支持所述另外的环境传感器。优选地发出正好两个不同的光脉冲，其中，第一光脉冲的第一光图案与第二光脉冲的第二光图案互补。第二光脉冲因此形成第一光脉冲的抵消(Negation)。
照明单元优选地具有成像特性，例如透镜，从而基于由多个矩阵式设置的组成的光源，在第一光脉冲的情况下产生具有第一光图案的所射出的照明面，在所述第一光图案中照明第一子区域且不照明第二子区域。第二光脉冲的第二光图案具有相同大小的照明面，其中，不照明第一子区域且照明第二子区域。备选地，也可以通过微镜或液晶元件的矩阵式阵列代替光源元件来驱控各子区域。
根据本发明的一个优选实施形式，光图案由预定的、成像到车辆前方区域上的照明面组成，所述照明面由多个照明部段和非照明部段组成。光面的非照明部段具有近似于零的照明强度。光面的照明部段具有超过预定的阈值的照明强度。所述阈值取决于要探测的环境参数。因为所发出的光脉冲的照明部段和非照明部段相对于接收到的光脉冲的几何变化确定了分析处理信号的说服力。
根据本发明的一个改进方案，光图案的照明面和非照明面构成为条。优选地，多个条并排地设置，其中，交替设有照明条和非照明条。有利地可以由此以简单和安全的方式求取环境参数的变化。
根据本发明的一个优选实施形式，照明单元构成为具有光源和光学单元的前照灯，借助于所述光源和光学单元可以产生预定的光分布、例如近光分布。通过第一光脉冲和第二光脉冲形成的传感器光因此与通过光分布产生的有用光共同组合。以大于预定的阈值(闪光融合频率)的脉冲频率射出传感器光，从而传感器光或光脉冲的光图案对于人眼不可感知。优选地，阈值频率大于60赫兹。有利地，在按照本发明的前照灯的驱控中，所述前照灯不仅可以用于产生光分布(有用光)、而且也可以用于产生光脉冲(传感器光)。因为光脉冲形成相互互补设置的照明面，所以防止了干扰有用光的光图案的成像。两个互补的光图案的叠加产生均匀的照明面。
根据本发明的一个优选实施形式，如此驱控照明单元，使得射出互补的光脉冲的时间间隔明显小于射出用于产生光分布的有用光的时间间隔。光脉冲的脉冲频率因此明显大于光脉冲的脉冲重复频率。脉冲比率(Pulsgrad)可以为例如10％。
根据本发明的一个备选实施形式，第一光图案和第二光图案各自构成为光分布图案，从而可通过叠加第一光脉冲与第二光脉冲来成像前照灯的预定的光分布。在此，以脉冲频率连续地射出第一和第二光脉冲。连续光在此不存在。在所述实施方案中，同时射出传感器光和有用光。
为了解决所述任务，结合权利要求11的前序部分，本发明的特征在于，周期地以脉冲频率、以不同的相互互补构成的光图案射出，其中，一个光脉冲的各照明部段与另一光脉冲的各非照明部段覆盖，脉冲频率选择如此大，使得照明部段与非照明部段的交替在所发出的光脉冲之间对于人眼是不可感知的；与光脉冲的射出同步地检测环境的探测图像，从而通过比较第一光脉冲的所探测的第一光图案与相同的光脉冲的所射出的第一光图案产生分析处理信号，该分析处理信号表示环境的变化。
根据按照本发明的方法，周期地射出相同数量的第一光脉冲和第二光脉冲，其中，第一光脉冲射出具有第一光图案的照明面，且第二光脉冲射出具有与第一光图案互补构成的第二光图案的照明面。第一光图案和第二光图案的互补的构成引起：由不同的照明部段和非照明部段组成的第一光图案和第二光图案在车辆前方区域中对于人眼是不可感知的，因为所述第一光图案和第二光图案叠加为均匀的照明面。通过脉冲频率大于阈值频率，光图案的交替对于人眼是不可感知的。因此仅仅成像均匀的照明面。
根据本发明的一个改进方案，在脉冲重复周期持续时间***出第一光脉冲和第二光脉冲的至少一配对，其中，在射出第一光脉冲和第二光脉冲的配对之前和之后射出具有多个照明部段的连续光，这些照明部段用于产生前照灯的光分布。在脉冲重复周期持续时间期间，一方面借助于光脉冲产生传感器光，且另一方面产生通过驱控发光元件(光源矩阵、微镜元件矩阵、液晶元件矩阵)而产生有用光。前照灯因此具有双重功能。前照灯一方面用于产生传感器光，借助于传感器光可以收集用于探测车辆环境的传感器数据；且另一方面用于产生有用光，借助于有用光可以产生预定的光分布。
根据本发明的一个备选实施形式，如此驱控照明单元的发光元件和/或光成像元件，使得仅仅射出具有相互互补构成的光图案的光脉冲。通过光图案的叠加，产生期望的光分布。有利地，在此实现有用光和传感器光的同时的驱控，这降低驱控成本。
附图说明
以下根据附图进一步解释本发明的实施例。其中：
图1示出根据第一实施形式的环境检测装置；以及
图2示出根据第二实施形式的环境检测装置。
具体实施方式
按照本发明的用于车辆F的环境检测的装置基本上具有照明单元1、光学检测单元2、分析处理单元3以及驱控单元4。
照明单元1优选地构成为前照灯，其设置在车辆F的车头区域中。照明单元1优选地构成为高分辨率的前照灯，其包括多个矩阵式设置的光源4(LED光源)以及由各光源5射出的光成像的透镜6。备选地，照明单元1也可以构成为单个光源和包括多个可单个开关的微光学元件的微镜装置或者包括多个可单个驱控的液晶元件的液晶装置。照明单元1通过驱控单元4可如此驱控，其中，例如如此接通和关断各个光源4(发光元件)，从而在车辆F的环境中、亦即在车辆前方区域8中成像或产生预定的光分布7。
光学检测单元2构成为摄像机、例如单色摄像机或RGB摄像机或诸如此类，所述光学检测单元为此能够探测车辆F的环境的图像或车辆前方区域8的图像。光学检测单元2如此与车辆F的环境对准，使得光学检测单元可以检测照明单元1的在车辆前方区域8中成像的光分布7。
根据按照图1的本发明的第一实施形式，通过驱控单元4如此驱控照明单元1，使得所述照明单元一方面射出有用光9且另一方面射出传感器光10。传感器光10通过多个光脉冲形成，所述多个光脉冲具有相互互补走向的光图案。在本实施例中，传感器光10通过第一光脉冲11和优选直接在所述第一光脉冲之后射出的第二光脉冲12形成，其中，第一光脉冲11形成具有第一光图案13的照明面，且第二光脉冲12形成具有与所述第一光图案互补构成的光图案14的照明面。第一光图案13和第二光图案14各自具有条形的照明部段15(在图1中的白条)和条形的非照明部段16(在图1中的黑条)。
第一光脉冲11例如在通过其形成的照明面的左侧17上具有非照明面16，所述非照明面朝右侧18交替邻接有照明部段15和另一非照明部段16，直至右侧18，在所述右侧上设有照明部段15。第二光脉冲12的第二光图案14具有与第一光图案13互补的照明面或负的照明面，其在左侧17上以照明部段15开始且朝右侧18交替邻接有非照明部段16和照明部段15。所述右侧18通过非照明部段16限定。如果将两个光脉冲13、14或者通过所述两个光脉冲形成的照明面叠加，那么由此生成一个均匀的照明面，因为局部地第一光图案13的照明部段15与第二光图案14的非照明部段16覆盖，或者第一光图案13的非照明部段16与第二光图案14的照明部段15覆盖。
如果以脉冲频率fP射出第一光脉冲11和第二光脉冲12，其中，脉冲频率fP大于至少60赫兹的阈值频率，那么具有不同的照明部段15和非照明部段16的第一光图案13和第二光图案14对于人眼是不可感知的。优选地，阈值频率位于在100赫兹或1000赫兹之间的范围中。
备选地，如果确保互补性，那么也可以发送多于两个的光脉冲。
以脉冲重复频率fPF发出第一光脉冲11和第二光脉冲12，从而在时间上在第一光脉冲11和第二光脉冲12的一个配对之间射出有用光9。脉冲重复周期持续时间T因此明显大于脉冲持续时间tP。通过脉冲持续时间tP的两倍与脉冲重复周期持续时间T的比例计算的脉冲比率因此低于20％、优选地低于10％、特别是低于5％。
根据本发明，驱控相同的照明装置用以产生有用光9和传感器光10。为了此目的，驱控单元4具有驱控机构，从而一方面产生传感器驱控信号A1且另一方面产生前照灯光驱控信号A2，借助于它们接通或关断多个光源5。
光脉冲11、12引起通过有用光9产生的光分布7的最小的照亮。
为了仅仅在环境中成像的光脉冲11、12通过光学检测单元2探测而不是有用光9被探测到，与光脉冲11、12的射出同步地、亦即以脉冲频率fP驱控光学检测单元2，从而光学检测单元2在第一光脉冲11和/或第二光脉冲12的脉冲持续时间tP期间仅仅记录探测图像19。光学检测单元2的接收频率fE因此大于等于光脉冲11、12的脉冲频率fP。如果光学检测单元2例如记录具有光图案的探测图像19(在车辆前方区域8中的照明面)，所述光图案代替所发出的直线的条形照明部段15、16至少局部具有弧形照明部段20和弧形非照明部段21，那么可以在分析处理单元3中如此分析处理用作探测信号的探测图像19，即在车辆前方区域8中存在车道倾斜。由此产生的分析处理信号22例如可以传递给调节机构23，借助于所述调节机构驱控行驶机构以便补偿车辆不平坦性。
备选地，探测图像19也可以用于道路的深度消除或者用于乘客的距离测量。
根据按照图2的本发明的备选实施形式，借助于驱控单元4也可以如此驱控照明单元1，使得几乎同时射出有用光9和传感器光10。由照明单元1射出的光仅仅由多个光脉冲11、12、优选光脉冲11、12的多个配对组成，所述光脉冲包括相互互补构成的光图案24和25，所述光图案叠加为期望的光分布7。以优选地不变的脉冲频率fP射出所述光脉冲11、12。如由图2可见的那样，在假定具有不同光图案24、25的两个光脉冲11、12的情况下，第一光脉冲11与第二光脉冲12的叠加促成预定的光分布7。为了此目的，第一光脉冲11的第一光图案24具有水平的非照明部段16，这些非照明部段与第二光图案25的照明部段15在空间上覆盖。此外，第一光图案24的照明部段15与第二光图案25的非照明部段16覆盖。在这种情况下假定的具有非对称的明/暗边界26的光分布7因此具有水平的条形的光部段15以及水平的条形的非照明部段16，它们沿竖直方向相互交替地设置。在这种情况下，每个光图案24、25具有两个照明部段15和两个非照明部段16。仅仅光分布7的上右部段——在该部段中延伸有光分布7的15°斜坡27——定义为照明部段27，在所述照明部段中第一光图案13和第二光图案14产生相同的照明强度。光分布7的该部分28因此可以不有助于探测图像19，所述探测图像由摄像机2检测。
在本发明的所述实施方案中，摄像机2可以连续检测或记录探测图像19，从而可以检测探测图像19的照明部段15和非照明部段16的快速的几何变化。
光学单元2的接收频率fE——以所述接收频率接通和关断所述光学单元——因此对应于所射出的光脉冲11、12的脉冲频率fP。摄像机2与光脉冲11、12的射出同步地、亦即例如在同步时刻tsyn记录探测图像19，所述探测图像在本示例中与光脉冲11一致。
根据未示出的备选实施形式，也可以射出多于两个的光脉冲，这些光脉冲各自具有相互互补构成的光图案。必要时光图案也可以通过仅仅一个唯一的照明部段和一个唯一的非照明部段形成。光图案13、14具有越多的照明部段15和非照明部段16，那么用于通过探测图像19提供的传感器数据的分辨率越大，所述传感器数据在分析处理单元中被分析处理。
备选地，光图案可以具有任意几何形状和/或符号和/或物体的表示，它们的作为环境变化结果的变化可被分析处理。本质的是，通过光图案的互补的叠加，所述光图案对于人眼是不可见和/或不可识别的。光学接收单元2可以说用作用于解码光图案的解码单元。
备选地，光图案可以通过全息图形成，其中，将互补的全息图脉冲式地(getaktet)投影到环境上。
优选地，光学接收单元2如此构成，使得光学接收单元在空间上检测和/或分辨环境或车辆前方区域或其一部分。摄像机优选地构成为单色或彩色摄像机，优选包括CMOS传感器。
附图标记列表
1 照明单元
2 光学检测单元
3 分析处理单元
4 驱控单元
5 光源
6 透镜
7 光分布
8 车辆前方区域
9 有用光
10 传感器光
11 第一光脉冲
12 第二光脉冲
13 第一光图案
14 第二光图案
15 照明部段
16 非照明部段
17 左侧
18 右侧
19 探测图像
20 弧形照明部段
21 弧形非照明部段
22 分析处理信号
23 调节机构
24 第一光图案
25 第二光图案
26 明/暗边界
27 照明部段
F 车辆
A1 传感器驱控信号
A2 前照灯光驱控信号
fP 脉冲频率
fPF 脉冲重复频率
T 脉冲重复周期持续时间
tP 脉冲持续时间
fE 接收频率

Claims (14)

1.一种用于车辆(F)的环境检测的装置，所述装置包括：
照明单元(1)，用于射出光脉冲(11、12)到环境(8)中；
光学检测单元(2)，用于探测环境(8)；
分析处理单元(4)，用于分析处理由光学检测单元(2)记录的探测信号(19)；
其特征在于，
照明单元(1)构成为，使得周期地射出至少两个光脉冲(11、12)，其中，各光脉冲(11、12)的照明面具有相互互补构成的光图案(13、14)；
光学检测单元(2)被驱控，使得所述光学检测单元与各光脉冲(11、12)的射出同步地检测通过各光脉冲(11、12)照明的照明面作为探测图像(19)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光脉冲(11)的第一光图案(13)和所述第二光脉冲(12)的第二光图案(14)具有多个交替设置的照明部段(15)和非照明部段(16)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述照明部段(15)和所述非照明部段(16)构成为条形，其中，在两个相邻的照明部段(15)之间设置有所述非照明部段(16)。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，所述照明部段(15)和所述非照明部段(16)构成为相同大小。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述照明部段(15)和所述非照明部段(16)各自构成为直线。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，所述照明单元(1)构成为具有多个可单个驱控的发光元件(5)的前照灯，所述发光元件能被驱控，使得在车辆前方区域(8)上产生预定的光分布(7)；且所述照明单元(1)能被驱控，使得各光脉冲(11、12)能以大于阈值频率的脉冲频率(fP)射出，其中，所述阈值频率的大小为，使得通过第一光脉冲(11)和第二光脉冲(12)产生的照明部段(15)和非照明部段(16)是不可感知的。
7.根据权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，所述阈值频率大于60赫兹、特别是大于100赫兹。
8.根据权利要求1至7之一所述的装置，其特征在于，所述照明单元(1)能被驱控，使得以小于脉冲频率(fP)的脉冲重复频率(fPF)射出各光脉冲(11、12)，其中，在产生互补的光图案(13、14)的多个光脉冲(11、12)之间射出预定的光分布(7)。
9.根据权利要求1至8之一所述的装置，其特征在于，所述第一光图案(13)和所述第二光图案(14)形成具有互补的第一光图案(13)和第二光图案(14)的光脉冲(13、14)的配对，以脉冲重复频率(fPF)射出所述互补的第一光图案和第二光图案，其中，所述脉冲重复频率(fPF)小于脉冲频率(fP)、优选地小于脉冲频率(fP)的20％。
10.根据权利要求1至9之一所述的装置，其特征在于，所述照明单元(1)的发光元件(4)能被驱控，使得连续射出具有包括各自至少一个照明部段(15)和至少一个非照明部段(16)的相互互补的光图案(24、25)的各光脉冲(11、12)，其中，通过第一光图案(24)与第二光图案(25)的叠加而成像预定的光分布(7)。
11.一种用于车辆(F)的环境检测的方法，其中，在所述车辆(F)的环境(8)上发送光脉冲(11、12)，并且光学地检测所述环境(8)，其中，分析处理所述环境(8)的所检测的探测图像(19)以便提供传感器数据，其特征在于，
-周期地以脉冲频率(fP)、以不同的相互互补构成的光图案(13、14；24、25)射出，其中，一个光脉冲(11)的照明部段(15)与另一光脉冲(12)的非照明部段(16)覆盖，其中，脉冲频率(fP)的大小选择为，使得照明部段(15)与非照明部段(16)的交替在所发出的光脉冲(11、12)之间对于人眼是不可感知的；
-与各光脉冲(11、12)的射出同步地检测环境(8)的探测图像(19)，从而通过比较第一光脉冲(11)的所探测的第一光图案(13)与相同的光脉冲(11)的所射出的第一光图案(13)产生分析处理信号(22)，所述分析处理信号表示环境(8)的变化。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在脉冲重复周期持续时间(T)期间，一方面射出具有相互互补构成的光图案(13、14；24、25)的各光脉冲(11、12)作为传感器光(10)，并且另一方面射出用于产生光分布(7)的光作为有用光(9)。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，驱控所述照明单元(1)，使得脉冲比率，作为具有互补的光图案(13、14)的光脉冲(11、12；24、25)的持续时间与光脉冲(11、12；24、25)和用于产生光分布(7)的光的射出的总持续时间的比，小于10％。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，驱控照明单元(1)，使得以脉冲频率(fP)仅仅射出包含具有多个照明部段(15)和多个非照明部段(16)的互补的光图案(24、25)的光脉冲(11、12)，其中，通过光脉冲(11、12)的叠加产生预定的光分布(7)。
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