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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke, eine Vorrichtung, einen Laufzeitsensor, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Die Offenlegungsschrift
US 2018/0299552 A1 offenbart ein Lidar-System.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen ein Konzept zum effizienten Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke, umfassend die folgenden Schritte:
- Empfangen von Punktwolkesignalen, welche eine mehrere Punkte umfassende Punktwolke repräsentieren, welche eine mittels des Laufzeitsensors erfasste Umgebung des Laufzeitsensors repräsentiert, wobei den mehreren Punkten jeweils eine Pulscharakteristik von mittels des Laufzeitsensors detektierten von einer oder mehreren jeweiligen Flächen von Objekten in der Umgebung des Laufzeitsensors gestreuten Echopulsen zugeordnet ist, basierend auf welchen die mehreren Punkte ermittelt wurden,
- für zumindest einen Punkt der Punktwolke Ermitteln einer Raumlageinformation der dem zumindest einen Punkt entsprechende Fläche basierend auf der Pulscharakteristik des Echopulses des zumindest einen Punktes.
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Nach einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung bereitgestellt, welche eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.
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Nach einem dritten Aspekt wird ein Laufzeitsensor bereitgestellt, welcher die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt umfasst.
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Nach einem vierten Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, beispielsweise durch die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt und/oder durch den Laufzeitsensor nach dem dritten Aspekt, diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
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Nach einem fünften Aspekt wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm nach dem vierten Aspekt gespeichert ist.
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Nach einem sechsten Aspekt wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt oder den Laufzeitsensor nach dem dritten Aspekt.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass die obige Aufgabe dadurch gelöst wird, indem eine Pulscharakteristik des Echopulses verwendet wird, um eine Raumlageinformation einer Fläche eines Objekts in der Umgebung des Laufzeitsensors zu ermitteln, von welcher ein mittels des Laufzeitsensors ausgesendeter Puls reflektiert wurde und so zum Echopulse wurde. Es hat sich gezeigt, dass die Pulscharakteristik des Echopulses von einer Orientierung der Fläche relativ zum Laufzeitsensor abhängt. So bewirkt zum Beispiel eine Fläche, welche schräg zum Laufzeitsensor ausgerichtet, eine Pulsverbreiterung des Echopulses verglichen mit einer Fläche, welche frontal zum Laufzeitsensor ausgerichtet ist. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Raumlageinformation der Fläche effizient ermittelt werden.
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Somit wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein Konzept zum effizienten Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke bereitgestellt ist.
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Eine Pulscharakteristik umfasst nach einer Ausführungsform eine Pulsbreite und/oder eine Pulsform.
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Der Laufzeitsensor ist nach einer Ausführungsform eingerichtet, Pulse zur Abtastung der Umgebung in unterschiedlichen Raumrichtungen auszusenden und über eine Laufzeitmessung der jeweils zurückreflektierten Echopulse einen Abstand zur streuenden, insbesondere reflektierenden, Fläche oder Flächen eines Objekts zu bestimmen, also eine Laufzeitmessung durchzuführen.
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Der Laufzeitsensor ist nach einer Ausführungsform einer der folgenden Sensoren: LiDAR-Sensor, Radarsensor und Ultraschallsensor.
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Bei einem LiDAR-Sensor ist der ausgesendete Puls ein Laserpuls, der auch als ein LiDAR-Puls bezeichnet werden kann. Der Echopuls kann als ein LiDAR-Echo bezeichnet werden.
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Bei einem Radarsensor ist der ausgesendete Puls ein Radarpuls. Der Echopuls kann als ein Radar-Echo bezeichnet werden.
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Bei einem Ultraschallsensor ist der ausgesendete Puls ein Ultraschallpuls. Der Echopuls kann als ein Ultraschall-Echo bezeichnet werden.
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Der Laufzeitsensor ist nach einer Ausführungsform ein Laufzeitsensor für ein Kraftfahrzeug.
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Die Raumlageinformation umfasst zum Beispiel eine Raumlage, insbesondere eine Orientierung der Fläche, insbesondere einen Rollwinkel, insbesondere einen Gierwinkel, insbesondere einen Nickwinkel.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für mehrere Punkte der Punktwolke eine jeweilige Raumlageinformation der entsprechenden Flächen ermittelt wird, wobei abhängig von der jeweiligen Raumlageinformation zumindest ein Flächencluster ermittelt wird, welchem zumindest einige der mehreren Punkte zugeordnet sind.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der Flächencluster effizient ermittelt werden kann. Insbesondere werden diejenigen Punkte der mehreren Punkte zu einem Flächencluster zugeordnet bzw. zusammengefasst, welche eine gleiche jeweilige Raumlageinformation aufweisen und/oder welche innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs eine gleiche jeweilige Raumlageinformation aufweisen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pulscharakteristik eine Startzeit und eine Endzeit umfasst, wobei für zwei unmittelbar benachbarte Punkte der Punktwolke die Endzeit des einen Punktes mit der Startzeit des anderen Punktes verglichen wird, wobei basierend auf dem Vergleich ermittelt wird, ob die zwei Punkte zwei verschiedenen durch eine Lücke getrennten Flächen entsprechen oder ob die zwei Punkte einer gemeinsamen durchgehenden Fläche entsprechen. Die Startzeit kann zum Beispiel über den 50%-Punkt einer steigenden Flanke des Echopulses definiert werden und die Endzeit als der 50%-Punkt einer fallenden Flanke des Echopulses. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Maximum des Echopulses (100%).
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass effizient ermittelt werden kann, ob zwischen den zwei Flächen eine Lücke oder ein Abstand vorgesehen ist oder ob die zwei Flächen unmittelbar einander angrenzen, also eine gemeinsame durchgehende Fläche bilden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einem Ermitteln von zwei Flächenclustern die zwei unmittelbar benachbarten Punkte derart festgelegt werden, dass der eine Punkt dem einen der zwei Flächencluster zugeordnet ist und dass der andere Punkt dem anderen der zwei Flächencluster zugeordnet ist, wobei, wenn die zwei Punkte einer gemeinsamen durchgehenden Fläche entsprechen, die zwei Flächencluster zu einem Objektcluster zusammengefasst werden.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass Flächen eines Objekts diesem effizient zugeordnet werden können.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pulscharakteristik eine Startzeit und eine Endzeit umfasst, wobei für zwei unmittelbar benachbarte Punkte der Punktwolke die Endzeit des einen Punktes mit der Startzeit des anderen Punktes verglichen wird, wobei die Raumlageinformation basierend auf dem Vergleich ermittelt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Raumlageinformation effizient ermittelt werden kann. Insbesondere die Orientierung der Fläche relativ zum Laufzeitsensor kann so effizient ermittelt werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass basierend auf der ermittelten Raumlageinformation der entsprechenden Fläche eine Bewegungsinformation des der entsprechenden Fläche zugehörigen Objekts ermittelt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Bewegungsinformation effizient ermittelt werden kann. Die Bewegungsinformation umfasst zum Beispiel eine Geschwindigkeit des Objekts und/oder eine Bewegungsrichtung des Objekts.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Bewegung des Objekts basierend auf der ermittelten Bewegungsinformation prädiziert wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Bewegung des Objekt effizient prädiziert werden kann.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass einem ermittelten Flächencluster die ermittelte Raumlageinformation von einem der Punkte des Flächenclusters zugeordnet wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der Flächencluster und somit auch das zugehörige Objekt basierend auf der zugeordneten Raumlageinformation effizient verfolgt, auf Englisch „getrackt“, werden kann. Weiter wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass der Flächencluster effizient von einem anderen Flächencluster unterschieden werden kann.
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Technische Funktionalitäten der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt und/oder des Laufzeitsensors nach dem dritten Aspekt ergeben sich analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten des Verfahrens nach dem ersten Aspekt und umgekehrt. Vorrichtungsmerkmale und/oder Merkmale des Laufzeitsensors ergeben sich insbesondere aus entsprechenden Verfahrensmerkmalen und umgekehrt.
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In einer Ausführungsform ist das Verfahren nach dem ersten Aspekt ein computerimplementiertes Verfahren.
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In einer Ausführungsform wird das Verfahren nach dem ersten Aspekt mittels der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt und/oder mittels des Laufzeitsensors nach dem dritten Aspekt ausgeführt bzw. durchgeführt.
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In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren nach dem ersten Aspekt ein Durchführen einer Laufzeitmessung mittels des Laufzeitsensors. Das Durchführen der Laufzeitmessung umfasst nach einer Ausführungsform ein Aussenden eines oder mehrerer Pulse. Das Durchführen der Laufzeitmessung umfasst nach einer Ausführungsform ein Detektieren eines oder mehrerer von einer oder mehreren Flächen von einem oder mehreren Objekten in der Umgebung des Laufzeitsensors gestreuten, insbesondere reflektierten, Echopulsen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Punktwolke mit dem ermittelten Flächencluster bzw. mit dem ermittelten Objektcluster versehen wird.
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Eine Fläche im Sinne der Beschreibung ist eine Begrenzungsfläche eines Objekts, insbesondere eines dreidimensionalen Objekts. Flächen eines Objekts begrenzen also das Objekt. Das Objekt ist also durch die Flächen, welche auch Seitenflächen genannt werden können, begrenzt. Die Flächen eines Objekts bilden eine Oberfläche des Objekts.
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Die Abkürzung „zumindest ein“ steht für „ein oder mehrere“.
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Die Abkürzung „bzw.“ steht für „beziehungsweise“. Der Begriff „beziehungsweise“ steht für „respektive“, was insbesondere für „und/oder“ steht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke,
- 2 eine Vorrichtung,
- 3 einen Laufzeitsensor,
- 4 ein maschinenlesbares Speichermedium,
- 5 eine Fläche in einer Umgebung eines LiDAR-Sensors,
- 6 zwei Flächen in einer Umgebung eines LiDAR-Sensors,
- 7 - 9 jeweils ein Objekt in einer Umgebung eines LiDAR-Sensors in unterschiedlichen Ausrichtungen zum LiDAR-Sensor,
- 10 eine durchgehende Fläche in einer Umgebung eines LiDAR-Sensors,
- 11 zwei nicht miteinander verbundene Flächen in einer Umgebung eines LiDAR-Sensors und
- 12 ein Kraftfahrzeug.
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Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke, umfassend die folgenden Schritte:
- Empfangen 101 von Punktwolkesignalen, welche eine mehrere Punkte umfassende Punktwolke repräsentieren, welche eine mittels des Laufzeitsensors erfasste Umgebung des Laufzeitsensors repräsentiert, wobei den mehreren Punkten jeweils eine Pulscharakteristik von mittels des Laufzeitsensors detektierten von einer oder mehreren jeweiligen Flächen von Objekten in der Umgebung des Laufzeitsensors gestreuten Echopulsen zugeordnet ist, basierend auf welchen die mehreren Punkte ermittelt wurden,
- für zumindest einen Punkt der Punktwolke Ermitteln 103 einer Raumlageinformation der dem zumindest einen Punkt entsprechende Fläche basierend auf der Pulscharakteristik des Echopulses des zumindest einen Punktes.
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2 zeigt eine Vorrichtung 201, welche eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.
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3 zeigt einen Laufzeitsensor 301, umfassend die Vorrichtung 201 gemäß dem zweiten Aspekt.
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In einer Ausführungsform ist der Laufzeitsensor einer der folgenden Sensoren: LiDAR-Sensor, Radarsensor und Ultraschallsensor.
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4 zeigt ein maschinenlesbares Speichermedium 401, auf dem ein Computerprogramm 403 gespeichert ist.
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Das Computerprogramm 403 umfasst Befehle, die bei Ausführung des Computerprogramms 403 durch einen Computer, beispielsweise durch die Vorrichtung 201 und/oder durch den Laufzeitsensor 301, diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
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5 zeigt einen Laufzeitsensor 501. In einer Umgebung des Laufzeitsensors 501 befindet sich ein Objekt 503. Das Objekt 503 ist bezogen auf den Laufzeitsensor 501 schräg zu diesem ausgerichtet.
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Symbolisch durch mehrere Linien mit dem Bezugszeichen 505 sind beispielhafte Ausbreitungsrichtungen von Pulsen, welche mittels des Laufzeitsensors 501 ausgesendet werden, dargestellt.
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Durch entsprechende Laufzeitmessungen unter Verwendung des Laufzeitsensors 501 wird eine Punktwolke 510 ermittelt beziehungsweise erzeugt, welche die Umgebung des Laufzeitsensors 501 repräsentiert.
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Beispielhaft sind für diese Punktwolke 510 ein erster Punkt 507 und ein zweiter Punkt 509 gezeichnet, welche dem Objekt 503 zugeordnet sind.
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Ein radialer Abstand zwischen dem ersten Punkt 507 und dem zweiten Punkt 509 ist mit einem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 511 gekennzeichnet.
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6 zeigt einen im Wesentlichen analogen Sachverhalt zu dem in 5 gezeigten Sachverhalt.
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Als Unterschied ist hier in der Umgebung des Laufzeitsensors 501 ein erstes Objekt 601 und ist ein zweites Objekt 603 vorgesehen. Beide Objekte 601, 603 sind frontal zum Laufzeitsensor 501 ausgerichtet.
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Die entsprechende Punktwolke ist in 6 mit dem Bezugszeichen 604 gekennzeichnet.
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Beispielhaft umfasst die Punktwolke 604 einen ersten Punkt 605 und einen zweiten Punkt 607.
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Der erste Punkt 605 ist dem ersten Objekt 601 zugeordnet. Der zweite Punkt 607 ist dem zweiten Objekt 603 zugeordnet.
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Eine radiale Distanz zwischen dem ersten Punkt 605 und dem zweiten Punkt 607 ist mit einem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 609 gekennzeichnet.
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Die radiale Distanz 511 zwischen dem ersten Punkt 507 und dem zweiten Punkt 509 gemäß 5 ist gleich der radialen Distanz 609 zwischen dem ersten Punkt 605 und dem zweiten Punkt 607 gemäß 6.
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Bekannte Clusteranalyseverfahren sehen vor, die ermittelte radiale Distanz mit einem Schwellenwert zu vergleichen, wobei gemäß den bekannten Clusteranalyseverfahren insbesondere vorgesehen ist, festzulegen, dass die entsprechenden Punkte zu einem gleichen Objekt gehören, wenn die entsprechende radiale Distanz kleiner oder kleiner-gleich dem Schwellenwert ist.
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Da aber in den 5 und 6 die entsprechende radiale Distanz zwischen den entsprechenden Punkten gleich ist, würden die bekannten Clusteranalyseverfahren nicht unterscheiden können, dass in 5 die beiden Punkte 507, 509 zu einem gemeinsamen Objekt 503 gehören, wohingegen die beiden Punkte 605, 607 zu unterschiedlichen Objekten 601, 603 gehören.
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Gemäß dem hier beschriebenen Konzept ist eine solche Unterscheidung aber in vorteilhafter Weise ermöglicht, was nachfolgend weiter erläutert wird.
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7 zeigt ein Objekt 700 umfassend eine Fläche 701, welche frontal zu einem Laufzeitsensor 501 ausgerichtet ist.
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Die Fläche 701 ist in vier Flächenabschnitte unterteilt: einen ersten Flächenabschnitt 703, einen zweiten Flächenabschnitt 705, einen dritten Flächenabschnitt 707 und einen vierten Flächenabschnitt 709.
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In dem ersten Flächenabschnitt 703 ist ein erster Punkt 711 eingezeichnet. In dem zweiten Flächenabschnitt 705 ist ein zweiter Punkt 713 eingezeichnet. In dem dritten Flächenabschnitt 707 ist ein dritter Punkt 715 eingezeichnet. In dem vierten Flächenabschnitt 709 ist ein vierter Punkt 717 eingezeichnet.
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Die vier Punkte repräsentieren zum einen einen Ort, an welchem ein mittels des Laufzeitsensors 501 ausgesendeter Puls auftrifft und von diesem reflektiert wird zurück in Richtung Laufzeitsensor 501. Diese vier Punkte können also insbesondere Punkten einer Punktwolke entsprechen.
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Die vier Punkte 711, 713, 715, 717 weisen eine räumliche Ausdehnung auf, was symbolisieren soll, dass die ausgesendeten Pulse ebenfalls eine räumliche Ausdehnung aufweisen.
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Bei den vier Punkten 711, 713, 715, 717 handelt es sich jeweils um unmittelbar benachbarte Punkte. Unmittelbar benachbarte Punkte bezeichnen Punkte, zwischen denen sich kein weiterer Punkt mehr befindet.
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In 7 ist weiter eine Zeitachse 719 eingezeichnet, auf welcher die jeweiligen von den vier Punkten 711, 713, 715, 717 reflektierten Echopulse eingezeichnet sind.
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Insofern ist auf der Zeitachse 719 ein erster Echopuls 721 eingezeichnet, welcher vom ersten Punkt 711 reflektiert wird. Auf der Zeitachse 719 ist ein zweiter Echopuls 723 eingezeichnet, welcher vom zweiten Punkt 713 reflektiert wird. Auf der Zeitachse 719 ist ein dritter Echopuls 725 eingezeichnet, welcher von dem dritten Punkt 715 reflektiert wird. Auf der Zeitachse 719 ist ein vierter Echopuls 727 eingezeichnet, welcher vom vierten Punkt 717 reflektiert wird.
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Da die Fläche 701 frontal zum Laufzeitsensor 501 ausgerichtet ist, beträgt ein Gierwinkel und beträgt ein Neigungswinkel und beträgt ein Rollwinkel der Fläche 701 relativ zum Laufzeitsensor 501 jeweils 0°.
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Das bewirkt, dass die vier Echopulse 721, 723, 725, 727 eine gleiche Pulscharakteristik, insbesondere eine gleiche Pulsform, aufweisen wie die mittels des Laufzeitsensors 501 in Richtung der Fläche 701 ausgesendeten Pulse.
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Somit überlappen sich die vier Echopulse 721, 723, 725, 727 im Wesentlichen vollständig und weisen eine gemeinsame Startzeit 729 und eine gemeinsame Endzeit 731 auf.
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Das hier beschriebene Konzept analysiert eine jeweilige Pulscharakteristik der vier Echopulse 721, 723, 725, 727, was im vorliegenden Beispiel gemäß 7 als Ergebnis aufweist, dass die Pulscharakteristik der vier Echopulse 721, 723, 725, 727 den ausgesendeten Pulsen entspricht.
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Aus dieser Information wird ermittelt, dass der Neigungswinkel, der Gierwinkel und der Rollwinkel der Fläche 701 jeweils 0° betragen muss. Insofern wird daraus geschlossen, dass die Fläche 701 frontal zum Laufzeitsensor 501 ausgerichtet ist.
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Ein im Wesentlichen Überlappen der jeweiligen Echopulse bedeutet insbesondere ein Überlappen im Rahmen einer Messgenauigkeit und/oder im Rahmen einer Homogenität einer Flächenstruktur der Fläche 701.
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8 zeigt die Fläche 701 mit einem Gierwinkel größer 0° relativ zum Laufzeitsensor 501 und mit einem Neigungswinkel von 0° und mit einem Rollwinkel von 0° relativ zum Laufzeitsensor 501.
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In diesem Fall führt diese schräge Ausrichtung der Fläche 701 relativ zum Laufzeitsensor 501 zu einer Pulsverbreiterung der entsprechenden Echopulse 711, 713, 715, 717.
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Weiter ist eine Pulsform der vier Echopulse 721, 723, 725, 727 rechteckförmig.
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Eine Analyse der jeweiligen Pulscharakteristik der vier Echopulse 721, 723, 725, 727 ermittelt dies, sodass basierend darauf ermittelt werden kann, dass der Gierwinkel größer 0° und der Neigungswinkel und der Rollwinkel 0° betragen relativ zum Laufzeitsensor 501.
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Der zweite Echopuls 723 und der vierte Echopuls 727 weisen eine gemeinsame erste Startzeit 801 und eine gemeinsame erste Endzeit 803 auf. Der erste Echopuls 721 und der dritte Echopuls 725 weisen eine gemeinsame zweite Startzeit 805 und eine gemeinsame zweite Endzeit 807 auf.
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Der zweite Echopuls 723 und der vierte Echopuls 727 überlappen im Wesentlichen vollständig. Der erste Echopuls 721 und der dritte Echopuls 725 überlappen im Wesentlichen vollständig.
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Bei der in 8 gezeigten Ausrichtung der Fläche 701 relativ zum Laufzeitsensor 501 führt die entsprechende Ausrichtung dazu, dass die erste Endzeit 803 der zweiten Startzeit 805 entspricht.
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9 zeigt die Fläche 701 in einer weiteren Ausrichtung. Hierbei ist ein Gierwinkel größer 0°, ist ein Neigungswinkel größer 0° und ist ein Rollwinkel gleich 0° bezogen auf den Laufzeitsensor 501.
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Die entsprechenden Echopulse 721, 723, 725 und 727 sind analog zu den 7 und 8 auf der Zeitachse 719 eingezeichnet.
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Hierbei überlappen der zweite Echopuls 723 und der dritte Echopuls 725 im Wesentlichen vollständig. Eine jeweilige Pulsform der drei Echopulse 721, 723, 725 und 727 ist dreiecksförmig.
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10 zeigt eine gemeinsame durchgehende Fläche 1001. Die Fläche 1001 ist mit einem ersten Punkt 1003 und mit einem zweiten Punkt 1005 versehen, welche analog zu den vier Punkten 711, 713, 715 und 717 einen jeweiligen Ort kennzeichnen sollen, an welchem ein vom Laufzeitsensor 501 ausgesendeter jeweiliger Puls auftrifft und von dort zurück zum Laufzeitsensor 501 gestreut, insbesondere reflektiert, wird.
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Die beiden Punkte 1005 und 1003 sind unmittelbar benachbart zueinander.
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Ein vom zweiten Punkt 1005 gestreuter Echopuls ist mit dem Bezugszeichen 1007 gekennzeichnet und wird im Folgenden als fünfter Echopuls bezeichnet.
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Ein vom ersten Punkt 1003 gestreuter Echopuls ist mit dem Bezugszeichen 1009 gekennzeichnet und wird nachfolgend als sechster Echopuls bezeichnet.
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Diese beiden Echopulse 1007, 1009 sind auf einer Zeitachse 719 eingezeichnet.
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Der fünfte Echopuls 1007 weist eine dritte Startzeit 1011 und weist eine dritte Endzeit 1013 auf. Der sechste Echopuls 1009 weist eine vierte Startzeit 1015 und eine vierte Endzeit 1017 auf. Die dritte Endzeit 1013 entspricht der vierten Startzeit 1015.
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Aufgrund der durchgehenden Fläche 1001 und aufgrund dessen, dass die beiden Punkte 1005 und 1003 unmittelbar zueinander benachbart sind, ist ein jeweiliger Verlauf bzw. ist eine jeweilige Pulsform der beiden Echopulse 1007, 1009 analog zu der in 8 gezeigten Pulsform rechteckförmig.
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Aus dieser Information kann also in vorteilhafter Weise geschlossen werden, dass es sich bei der Fläche 1001 um eine durchgehende Fläche handelt.
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Im Unterschied dazu zeigt die 11 zwei durch eine Lücke getrennte Flächen: eine erste Fläche 1101 und eine zweite Fläche 1103. Die Lücke zwischen den beiden Flächen ist mit dem Bezugszeichen 1109 gekennzeichnet.
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Ein erster Punkt 1105 ist der ersten Fläche 1101 zugeordnet. Ein zweiter Punkt 1107 ist der zweiten Fläche 1103 zugeordnet.
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Der dem zweiten Punkt 1107 entsprechende Echopuls ist mit dem Bezugszeichen 1111 versehen und wird nachfolgend als siebter Echopuls bezeichnet. Der siebte Echopuls weist eine fünften Startzeit 1115 und eine fünfte Endzeit 1117 auf.
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Ein dem zweiten Punkt 1105 entsprechender achter Echopuls ist mit dem Bezugszeichen 1113 bezeichnet und weist eine sechste Startzeit 1119 und eine sechste Endzeit 1121 auf.
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Die beiden Echopulse 1111 und 1113 sind auf einer Zeitachse 719 eingezeichnet.
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Aufgrund dessen, dass die beiden Flächen 1101 und 1103 durch eine Lücke 1109 voneinander beabstandet sind und dass die beiden Punkte 1105 und 1107 unmittelbar benachbart zueinander sind, wird die Lücke 1109 als zeitlicher Abstand zwischen den beiden Echopulsen 1111 und 1113 abgebildet.
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Das heißt also, dass die fünfte Endzeit 1117 ungleich der sechsten Startzeit 1119 und kleiner als diese ist.
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Es ist also ein zeitlicher Abstand zwischen der fünften Endzeit 1117 und der sechsten Startzeit 1119 vorgesehen.
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Durch entsprechende Analyse der Pulscharakteristiken der beiden Echopulse 1111 und 1113 sowie das Analysieren der entsprechenden Start- und Endzeiten kann in vorteilhafter Weise ermittelt werden, dass die beiden Punkte 1105 und 1107 jeweils durch eine Lücke 1109 getrennten Flächen 1101 und 1103 zugeordnet sind.
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12 zeigt ein Kraftfahrzeug 1201.
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Das Kraftfahrzeug 1201 umfasst den Laufzeitsensor 301 der 3.
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Zusammenfassend stellt das hier beschriebene Konzept ein Punkt-Clustering-Verfahren bereit, das auf der Form des Echos der Abtastpunkte basiert. Der hier beschriebene Laufzeitsensor, insbesondere LiDAR-Sensor, detektiert nicht nur die Ankunftszeit der Echos von Objektfläche, sondern auch die genaue Pulsform der Echos. Die Pulsform erlaubt es in vorteilhafter Weise, den zweidimensionalen Flächenwinkel (Gier und Neigung) der detektierten Fläche zu identifizieren. Darüber hinaus werden nach einer Ausführungsform die Pulsform, die Echo-Startzeit und die Echo-Endzeit benachbarter Punkte analysiert, um die genaue Orientierung der Fläche zu bestimmen. Dies erlaubt es in vorteilhafter Weise, alle Punkte, die zu einer Fläche gehören, zu clustern und zu identifizieren, ob verschiedene detektierte Flächen miteinander verbunden sind oder nicht. Der Laufzeitsensor, insbesondere LiDAR-Sensor, kann daher entweder separate Cluster für jede Fläche eines Objekts oder ein Cluster für jedes verbundene Objekt liefern.
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Die Vorteile des Konzepts sind insbesondere:
- - Extraktion weiterer Informationen aus den Echos (Pulsformanalyse).
- - Direkte Messung des Winkels und der Orientierung der Objektfläche an jedem Abtastpunkt.
- - Hochleistungs-Clustering-Verfahren mit reduzierter Über- und/oder Unter-Clustering.
- - Geringerer Berechnungsaufwand, da weniger Cluster verfolgt werden müssen.
- - Die Extraktion der Orientierung eines Objekts erlaubt es in vorteilhafter Weise, zukünftige Bewegungen vorherzusagen.
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Nach einer Ausführungsform ist ein Laufzeitsensor, insbesondere ein LiDAR-Sensor, bereitgestellt, der die Pulsform von Echopulse (Echos) analysiert, die von Objektflächen zurückgesendet werden. Der Laufzeitsensor verfügt nach einer Ausführungsform über eine Sendeeinheit, die, insbesondere kurze, Pulse, insbesondere Lichtpulse, insbesondere Laserpuls, aussendet. Vorzugsweise lassen die Pulse, insbesondere Lichtimpulse, keine räumlichen Lücken zwischen den verschiedenen Abtastpunkten im Fernfeld zu. Wenn die Pulse, insbesondere Lichtpulse, von einer Fläche eines Objekts senkrecht zum Laufzeitsensor, insbesondere LiDAR-Sensor, reflektiert werden, wie zum Beispiel in der 7 dargestellt, wird ein kurzer Puls mit einer Pulsform, die dem emittierten Puls ähnlich ist, von einer Detektoreinheit der Laufzeitsensors detektiert bzw. erfasst. Wenn die Pulse von einer Objektfläche gestreut, insbesondere reflektiert, werden, das unter einem bestimmten Winkel (Neigungswinkel oder Gierwinkel größer 0°) in einer Dimension relativ zum Laufzeitsensor ausgerichtet ist, wie in 8 dargestellt, wird das Echo gestreckt und eine rechteckige Echoform wird von der Detektoreinheit erkannt (genauer gesagt, eine Faltung einer rechteckigen Funktion mit der Form des ausgesendeten Pulses, insbesondere Laserpulses, wird gemessen bzw. erkannt).
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Wenn die Pulse von einer Fläche reflektiert werden, die unter einem bestimmten Winkel in zwei Dimensionen relativ zum Laufzeitsensor, wie in 9 dargestellt (Neigungswinkel und Gierwinkel größer 0°), wird das Echo gestreckt und eine dreieckige Echoform wird von der Detektoreinheit erkannt (genauer gesagt wird eine Faltung einer Dreiecksfunktion mit der Form des ausgesendeten Pulses, insbesondere Laserpulses, erkannt). Abhängig von der genauen Gier und Neigung kann die Signalform auch zwischen einer dreieckigen und rechteckigen Form liegen.
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Der Laufzeitsensor analysiert nach einer Ausführungsform die Echoform, um zu entscheiden, welches der in den 7 bis 9 dargestellten Szenarien vorliegt, und extrahiert den zweidimensionalen Winkel, unter dem die Fläche relativ zum Laufzeitsensor ausgerichtet ist.
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Dies kann zum Beispiel durch Verwendung verschiedener angepasster Filter für die verschiedenen Fälle erfolgen. Aus der Echoform (Pulsform des Echopulses) allein kann insbesondere der Winkel der Fläche, aber nicht die Orientierung (es gibt bis zu 8 mögliche Orientierungen) ermittelt werden. Zum Beispiel kann aus einer rechteckigen Echoform der Winkel der Fläche aus der Breite des Rechtecks extrahiert werden, aber es kann insbesondere nicht ermittelt werden, ob dieser Winkel ein Gierwinkel oder Neigungswinkel ist und in welche Richtung die diesem Gierwinkel bzw. Neigungswinkel entsprechende Fläche.
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Die Echopulsformanalyse ermittelt insbesondere den zweidimensionalen Winkel der Fläche an jedem Abtastpunkt, aber nicht die Orientierung. Die Orientierung kann jedoch durch Vergleich der Start- und Endzeit des Echopulses mit den Start- und Endzeiten der Echopulse der nächsten Nachbarn ermittelt werden. Zum Beispiel ist es in 8 nicht möglich, basierend auf einem Echopuls zu erkennen, ob die Fläche nach rechts oder nach links bezogen auf die Papierebene geneigt ist. Aber durch den Vergleich der Start- und Endzeit der jeweiligen Echopulse der beiden Nachbarpunkte kann ermittelt werden, dass die Endzeit des rechten Abtastpunktes mit der Startzeit des linken Abtastpunktes übereinstimmt. Daher kann die Orientierung der geneigten Fläche ermittelt werden.
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Darüber hinaus kann anhand der übereinstimmenden End- und Startzeiten ermittelt werden, dass die beiden Scanpunkte zu derselben durchgehenden Fläche gehören (siehe auch Erläuterungen zu 10). Wenn sie von verschiedenen Flächen mit einer Lücke zwischen den Fläche stammen würden, wie in 11 beispielhaft dargestellt, gäbe es eine Zeitlücke zwischen den beiden Echopulsen, wie in 11 dargestellt.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass alle Punkte, die von einer zusammenhängenden Fläche stammen, zu einem Punktcluster zusammengefasst werden, der als Flächencluster bezeichnet werden kann.
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In einer Ausführungsform wird ein Objektcluster gebildet bzw. ermittelt, der alle Flächencluster umfasst, die miteinander verbunden sind. Zum Beispiel würde ein LKW-Anhänger verschiedene Flächen haben, die in einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet und so miteinander verbunden sind, dass diese Flächen einen Objektcluster bilden. Im Gegensatz dazu würde ein kugelförmiges Objekt nur eine Fläche haben.
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Den Flächenclustern wird nach einer Ausführungsform ein Parameter zugewiesen, der der Orientierung der Fläche angibt. Dieser Parameter kann insbesondere verwendet werden, um die Zuordnung und Verfolgung der einzelnen Flächencluster über nachfolgende Laufzeitmessungen zu vereinfachen. Darüber hinaus ermöglicht diese präzise Flächenerkennung präzise Messungen der Bewegungen des Objekts. Durch die Verfolgung der Flächenorientierung der Rückseite eines Kraftfahrzeugs ist es beispielsweise möglich, zu erkennen, wann das Kraftfahrzeug einen Spurwechsel einleitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2018/0299552 A1 [0002]
- EP 1358508 B1 [0003]