DE102019004613A1

DE102019004613A1 - Verfahren zum Betrieb eines Lidarsystems

Info

Publication number: DE102019004613A1
Application number: DE102019004613.7A
Authority: DE
Inventors: Philipp Schindler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2020-02-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lidarsystems (2), wobei pixelweise oder für eine Gruppe von Pixeln Pulssignale (S1) ausgesendet werden und ein von einem durch ein Pixel oder eine Gruppe von Pixeln beschriebenes Objekt reflektiertes und vom Lidarsystem (2) empfangenes Pulssignal (S2) mittels eines Korrelationsfilters (1.1) mit ausgesendeten Pulssignalen (S1) korreliert wird. Dabei wird mittels des Korrelationsfilters (1.1) ein Maximum (M1) einer Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Pulssignal (S2) und einem ausgesendeten Pulssignal (S1) ermittelt. Erfindungsgemäß wird nach Ermittlung des Maximums (M1) das empfangene Pulssignal (S2) mittels einer Kaskade von Korrelationsfiltern (1.2 bis 1.n) mit ausgesendeten Pulssignalen (S1) korreliert und es wird ein weiteres Maximum (M2) einer Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Pulssignal (S2) und einem ausgesendeten Pulssignal (S1) ermittelt, wobei nach Ermittlung des weiteren Maximums (M2) ein Pulsabstand der ausgesendeten Pulssignale (S1) um das zugehörige Pixel oder die Gruppe von Pixeln variiert wird und bei Erfassung eines neuen Maximums (M2') aus einer Verschiebung zu dem weiteren Maximum (M2) eine Geschwindigkeit (v) des von dem Pixel oder der Gruppe von Pixeln beschriebenen Objekts ermittelt wird und/oder eine Pulsbreite der ausgesendeten Pulssignale (S1) um das zugehörige Pixel oder die Gruppe von Pixeln variiert wird und bei Erfassung eines neuen Maximums (M2") aus einer Verschiebung zu dem weiteren Maximum (M2) eine Orientierung (O) des von dem Pixel oder der Gruppe von Pixeln beschriebenen Objekts relativ zu dem Lidarsystem (2) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lidarsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2017 209 643 A1 ist ein Betriebsverfahren für ein pulssequenzcodiert betreibbares und mit einem SPAD-basierten Detektorelement ausgebildetes Lidarsystem bekannt, bei welchem eine Totzeit des SPAD-basierten Detektorelements erfasst wird und im Sendebetrieb des Lidar-Systems ein minimaler zeitlicher Abstand zeitlich direkt oder unmittelbar aufeinanderfolgend auszusendender oder ausgesandter Sendepulse an Primärlicht so bemessen wird, dass er der Totzeit zumindest annähernd entspricht und diese zumindest leicht übersteigt. Zur Detektion in einem Empfänger einer Empfängeroptik wird eine empfangene Pulsfolge mit einer versendeten Pulsfolge mittels eines Optimalfilters oder eines signalangepassten Filters (englisch: matched filter) korreliert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Lidarsystems anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem Verfahren zum Betrieb eines Lidarsystems werden pixelweise oder für eine Gruppe von Pixeln Pulssignale ausgesendet und ein von einem durch ein Pixel oder eine Gruppe von Pixeln beschriebenes Objekt reflektiertes und vom Lidarsystem empfangenes Pulssignal wird mittels eines Korrelationsfilters, auch als matched filter bezeichnet, mit ausgesendeten Pulssignalen korreliert. Dabei wird mittels des Korrelationsfilters ein Maximum einer Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Pulssignal und einem ausgesendeten Pulssignal ermittelt.
Erfindungsgemäß wird nach Ermittlung des Maximums das empfangene Pulssignal mittels einer Kaskade von Korrelationsfiltern mit ausgesendeten Pulssignalen korreliert. Hierbei wird ein weiteres Maximum einer Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Pulssignal und einem ausgesendeten Pulssignal ermittelt, wobei nach Ermittlung des weiteren Maximums ein Pulsabstand der ausgesendeten Pulssignale um das zugehörige Pixel oder die Gruppe von Pixeln variiert wird und bei Erfassung eines neuen Maximums aus einer Verschiebung zu dem weiteren Maximum eine Geschwindigkeit des von dem Pixel oder der Gruppe von Pixeln beschriebenen Objekts ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich wird nach Ermittlung des weiteren Maximums eine Pulsbreite der ausgesendeten Pulssignale um das zugehörige Pixel oder die Gruppe von Pixeln variiert und bei Erfassung eines neuen Maximums wird aus einer Verschiebung zu dem weiteren Maximum eine Orientierung des von dem Pixel oder der Gruppe von Pixeln beschriebenen Objekts relativ zu dem Lidarsystem ermittelt.
Mittels des Verfahrens wird eine Konfidenz einer Detektion eines Objekts erhöht und es werden weitere Informationen, insbesondere die Geschwindigkeit und/oder Orientierung des Objekts ermittelt. Auch wird ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis weiter verbessert. Es wird also sowohl eine Qualität der Detektion als auch eine Qualität der ermittelten Information erhöht, was unmittelbar eine Sicherheit, Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit des Lidarsystems und eines übergeordneten Systems, welches die mittels des Lidarsystems erfassten Informationen verwendet, erhöht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betrieb eines Lidarsystems und des Lidarsystems.

In der einzigen 1 ist ein Blockschaltbild eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zum Betrieb eines Lidarsystems 2 und des Lidarsystems 2 selbst dargestellt.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Mehrzahl von Korrelationsfiltern 1.1 bis 1.n. Das Lidarsystem 2 umfasst zumindest einen Lidarsensor 2.1.
Bei dem Lidarsensor 2.1 handelt es sich um einen so genannten Time-of-Flight-Sensor, welcher Pulssignale S1 aussendet und eine Laufzeit zwischen dem Aussenden und einem Empfangen eines von einem Objekt reflektierten Pulssignals S2 misst.
Um eine Leistungsfähigkeit des Lidarsensors 2.1 zu erhöhen, wird in einer möglichen Ausgestaltung ein als Pulsfolge ausgebildetes Pulssignal S1 mit bekanntem Abstand von einzelnen Pulsen zueinander pro Pixel oder pro Gruppe von Pixeln versendet. Ein Pixel stellt dabei einen in Abhängigkeit einer Auflösung des Lidarsensors 2.1 kleinstmöglichen darstellbaren Punkt in einem Empfangsbereich des Lidarsensors 2.1 dar. Das empfangene Pulssignal S2 wird digitalisiert, wodurch ein Echo der ausgesendeten Pulsfolge für eine nachgelagerte Prozessierung vorliegt.
Anschließend wird ein erster Korrelationsfilter 1.1, auch als matched filter bezeichnet, mit der bekannten Pulsfolge über das empfangene Pulssignal S2 gelegt, wodurch ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis signifikant verbessert wird. Hierdurch wird eine Position eines Objekts bestimmt, welches zumindest abschnittsweise von dem entsprechenden Pixel oder der Gruppe von Pixeln beschrieben wird. Dabei wird mittels des Korrelationsfilters 1.1 ein Maximum M1 einer Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Pulssignal S2 und dem ausgesendeten Pulssignal S1 ermittelt.
Zusätzlich wird nach Ermittlung dieses Maximums M1 das empfangene Pulssignal S2 mittels einer Kaskade von Korrelationsfiltern 1.2 bis 1.n mit ausgesendeten Pulssignalen S1 korreliert und ein weiteres Maximum M2 einer Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Pulssignal S2 und einem ausgesendeten Pulssignal S1 ermittelt.
Nach Ermittlung des weiteren Maximums M2 wird ein Pulsabstand der ausgesendeten Pulssignale S1 um das zugehörige Pixel oder die Gruppe von Pixeln, in welchem das Maximum M2 ermittelt wurde, leicht variiert. Die Variation erfolgt dabei in Abhängigkeit einer erwarteten bzw. möglichen Geschwindigkeit v des Objekts. Ein Abstand der einzelnen Pulse verringert sich beispielsweise dann, wenn sich das Objekt dem Lidarsensor 2.1 nähert. Der Abstand der einzelnen Pulse vergrößert sich dagegen beispielsweise dann, wenn sich das Objekt vom Lidarsensor 2.1 entfernt. Wird hier ein neues Maximum M2' erfasst, wird mittels einer Verarbeitungseinheit 3 aus einer Verschiebung zu dem weiteren Maximum M2 die Geschwindigkeit v des von dem Pixel oder der Gruppe von Pixeln beschriebenen Objekts ermittelt.
Alternativ oder zusätzlich wird nach Ermittlung des weiteren Maximums M2 eine Pulsbreite der ausgesendeten Pulssignale S1 um das zugehörige Pixel oder die Gruppe von Pixeln variiert und bei Erfassung eines neuen Maximums M2" wird aus einer Verschiebung zu dem weiteren Maximum M2 eine Orientierung O des von dem Pixel oder der Gruppe von Pixeln beschriebenen Objekts relativ zu dem Lidarsystem 2, d. h. insbesondere dem Lidarsensor 2.1, ermittelt, da sich die reflektierten Pulse verbreitern, wenn sie nicht-rechtwinklig reflektiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
1.1 bis 1.n: Korrelationsfilter
2: Lidarsystem
2.1: Lidarsensor
3: Verarbeitungseinheit
M1: Maximum
M2: Maximum
M2': Maximum
M2": Maximum
O: Orientierung
S1: Pulssignal
S2: Pulssignal
v: Geschwindigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017209643 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Lidarsystems (2), wobei - pixelweise oder für eine Gruppe von Pixeln Pulssignale (S1) ausgesendet werden, - ein von einem durch ein Pixel oder eine Gruppe von Pixeln beschriebenes Objekt reflektiertes und vom Lidarsystem (2) empfangenes Pulssignal (S2) mittels eines Korrelationsfilters (1.1) mit ausgesendeten Pulssignalen (S1) korreliert wird und - mittels des Korrelationsfilters (1.1) ein Maximum (M1) einer Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Pulssignal (S2) und einem ausgesendeten Pulssignal (S1) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - nach Ermittlung des Maximums (M1) das empfangene Pulssignal (S2) mittels einer Kaskade von Korrelationsfiltern (1.2 bis 1.n) mit ausgesendeten Pulssignalen (S1) korreliert wird und ein weiteres Maximum (M2) einer Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Pulssignal (S2) und einem ausgesendeten Pulssignal (S1) ermittelt wird, wobei nach Ermittlung des weiteren Maximums (M2) - ein Pulsabstand der ausgesendeten Pulssignale (S1) um das zugehörige Pixel oder die Gruppe von Pixeln variiert wird und bei Erfassung eines neuen Maximums (M2') aus einer Verschiebung zu dem weiteren Maximum (M2) eine Geschwindigkeit (v) des von dem Pixel oder der Gruppe von Pixeln beschriebenen Objekts ermittelt wird und/oder - eine Pulsbreite der ausgesendeten Pulssignale (S1) um das zugehörige Pixel oder die Gruppe von Pixeln variiert wird und bei Erfassung eines neuen Maximums (M2") aus einer Verschiebung zu dem weiteren Maximum (M2) eine Orientierung (O) des von dem Pixel oder der Gruppe von Pixeln beschriebenen Objekts relativ zu dem Lidarsystem (2) ermittelt wird.