过滤有源光学传感器系统的测量数据的制作方法

1.本发明涉及一种用于过滤有源光学传感器系统的测量数据的方法，其中借助于传感器系统的光学检测器阵列捕获在传感器系统的环境中反射的光脉冲，并且基于所捕获的光脉冲借助于该阵列产生多个测量信号。本发明还涉及相应的传感器设备、机动车辆、计算机程序和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.在有源光学传感器系统中，例如激光雷达系统(其也可以被称为激光扫描仪)，可能的情况是识别出不是由于传感器系统的环境中反射的光而产生的假阳性扫描点。例如，这些假阳性扫描点可能由噪声或串扰引起。衍射效应会导致传感器系统中相邻检测器之间的光串扰。此外，来自其他检测器的电信号可以在相邻的检测器中被感应，这被称为电串扰。
3.文献wo 2018/075583 a1描述了一种摄像头传感器，该摄像头传感器连接到控制单元，以便针对串扰清理摄像头传感器的输出信号。为此，传感器的每个像素的输出信号或相关输出值根据在相邻像素上检测到的光电荷(photo charges)的量而减少。
4.然而，在基于信号飞行时间的测量来确定距离的有源光学传感器系统的情况下，如在激光雷达系统的情况下，这种方法没有意义，因为传感器输出值的减小将导致测量的信号飞行时间的伪造，从而导致测量的距离的伪造。


技术实现要素：

5.在此背景下，本发明的目的是提出一种用于过滤有源光学传感器系统的测量数据的改进概念，通过该概念可以减少假阳性扫描点的出现。
6.根据本发明，该目的通过独立权利要求的相应主题来实现。有利的发展和优选实施例是从属权利要求的主题。
7.改进的概念基于这样的思想，即如果测量信号中的一个测量信号指示具有指定的最小能量的光脉冲，则比较来自不同检测器的测量信号，所述不同检测器相对于彼此位于限定的环境中。根据比较结果，可以至少部分地丢弃另一个测量信号。
8.根据改进的概念，说明了一种用于过滤有源光学传感器系统的测量数据的方法，特别是安装在机动车辆上或内的有源光学传感器系统的测量数据。在这种情况下，通过传感器系统的光学检测器阵列捕获传感器系统的环境中反射的或由环境中的物体反射的光脉冲。基于捕获的光脉冲，借助于阵列产生多个测量信号，即，产生至少两个测量信号。计算单元，特别是传感器系统的计算单元，用于从多个测量信号中识别第一测量信号，该第一测量信号对应于具有大于或等于指定最小能量的脉冲能量的捕获的光脉冲。这里，第一测量信号由阵列的第一检测器产生。计算单元用于将来自多个测量信号的第二测量信号与第一测量信号进行比较，其中第二测量信号由阵列的第二检测器产生。第一和第二检测器在阵列中间隔开小于或等于指定最大距离的距离。根据比较结果，通过计算单元丢弃第二测量
信号的至少一部分。
9.根据定义，有源光学传感器系统具有用于发射光或光脉冲或光脉冲的光源。光源特别地可以是激光器的形式。此外，根据定义，有源光学传感器系统具有至少一个光学检测器，以便捕获发射光的反射部分。根据改进的概念，传感器系统至少具有阵列的第一和第二检测器。
10.在这里和下面，术语“光”可以理解为包含可见光范围、红外范围和/或紫外范围的电磁波。因此，在这个意义上，术语“光学的”也可以理解为与光相关。
11.检测器阵列可以被理解为特别是指光学检测器的限定的或规则的布置，特别是第一和第二以及一个或多个另外的光学检测器的限定的或规则的布置，特别是以线性或二维的规则布置。
12.第一和第二测量信号特别是第一和第二检测器的相应输出信号，例如相应的电压信号。
13.特别地，阵列中的每个光学检测器产生多个测量信号中的一个。
14.第一和第二检测器之间的距离可以例如由阵列中第一和第二检测器的相应位置给出。特别地，指定的最大距离可以对应于最近邻居的指定顺序。例如，第一和第二检测器可以是最近的邻居、第二近的邻居、第三近的邻居等等。最大距离于是限制了相应的顺序。
15.第一测量信号特别地包括再现相应的捕获的光脉冲或者依赖于该光脉冲或者对应于该光脉冲的脉冲。因此，可以从第一测量信号的脉冲形状推断出光脉冲的脉冲能量。特别地，第一测量信号的脉冲的最大幅度和/或脉冲宽度可以用于计算脉冲能量。
16.丢弃第二测量信号的一部分特别地对应于取消或标记或停止使用(discontinuing the use)第二测量信号的相应部分，特别是通过使用有源光学传感器系统的测量信号的后续算法或功能，例如用于物体识别等的后续算法或功能。因此，丢弃可以被视为对有源光学传感器系统的测量数据的过滤，其中测量数据特别地包括测量信号或其相应部分。
17.第二测量信号的至少一部分被丢弃的事实可以被理解为意味着第二测量信号被完全丢弃，或者仅第二测量信号的特定时间段，特别是指示假阳性扫描点的时间段。第二测量信号的其他部分例如可以被继续使用，并且可能指示实际的扫描点。
18.通过比较第一和第二测量信号，可以识别假阳性扫描点，或者可以确定或估计第二测量信号的部分对应于假阳性扫描点的概率。
19.由于串扰，即光串扰或电串扰，是例如由来自高反射物体的反射的光脉冲引起的，所以第一检测器的对应于例如实际扫描点的测量信号和第二测量信号的对应于例如假阳性扫描点的一部分彼此相关，并且特别地具有彼此相关的特定属性。
20.通过将该方法限制于指示具有指定最小能量的脉冲能量的第一测量信号，考虑了只有具有足够高的脉冲能量的反射的光脉冲才能够在相邻或邻接的光学检测器上引起显著量的串扰的事实，结果，该限制降低了假阴性确定的风险。假阴性确定可以被理解为意味着错误地丢弃了第二测量信号中实际上对应于真实扫描点的一部分。
21.由于串扰被限制在第一检测器周围的特定空间区域内，因此通过限制第二检测器也可以降低假阴性确定的风险，第二检测器最多与第一检测器相距指定的最大距离。
22.总的来说，通过根据改进的概念进行过滤，可以提高测量数据的质量，因为出现更
少的假阳性扫描点，同时假阴性确定的概率保持较低。
23.根据依照改进概念的方法的至少一个实施例，借助于计算单元来确定第一测量信号的脉冲高度和/或脉冲宽度，以便确定脉冲能量。
24.例如，脉冲能量可以被视为与脉冲高度和脉冲宽度成比例。因此，第一测量信号的识别可以包括例如从多个测量信号中识别具有相应大的脉冲宽度和/或相应大的脉冲高度的测量信号。
25.脉冲高度可以对应于例如测量信号的脉冲的最大幅度。
26.确定捕获的光脉冲的脉冲能量可以理解为意味着基于第一测量信号来确定脉冲能量的测量。特别地，脉冲能量不是直接从捕获的光脉冲确定的，而是从由光脉冲引起的测量信号确定的。
27.通常，所捕获的光脉冲的能量越高，所得到的测量信号的最大幅度就越高。然而，根据检测器的配置，饱和效应可能在特定幅度以上发生，结果脉冲变宽。因此，最大幅度和脉冲宽度都可以被视为能量的度量。特别地，测量信号的脉冲下的脉冲面积可以被视为脉冲能量的度量。
28.根据至少一个实施例，借助于计算单元基于第二测量信号的脉冲高度和/或脉冲宽度来确定另一脉冲能量，并且根据脉冲能量与另一脉冲能量的比较结果来丢弃第二测量信号的一部分。
29.特别地，借助于计算单元将脉冲能量与另一个脉冲能量进行比较，并且计算单元根据比较结果丢弃第二测量信号的一部分。
30.由高能光脉冲引起的串扰通常不会均匀地分布在不同的检测器之间，因此大部分脉冲能量到达第一光学检测器，从而在一定程度上到达正确的检测器，只有一小部分到达第二检测器。
31.根据至少一个实施例，仅当脉冲能量与另一脉冲能量的比值小于或等于指定的极限值时，计算单元才丢弃第二测量信号的一部分。
32.换句话说，如果第二测量信号的脉冲的脉冲能量大于极限值，则第二测量信号的脉冲不被解释为假阳性扫描点。
33.这考虑了假阳性扫描点作为具有较低脉冲能量的点出现的事实，并且因此降低了假阴性确定的风险。
34.根据至少一个实施例，借助于计算单元基于第一测量信号来确定第一捕获时间，并且基于第二测量信号来确定第二捕获时间。根据第一捕获时间和第二捕获时间之间的比较结果，丢弃第二测量信号的一部分。
35.这里，第一捕获时间特别对应于反射的光脉冲被第一检测器捕获的时间，这在第一测量信号的信号形状或脉冲形状中表现出来。例如，第一捕获时间可以对应于第一测量信号的脉冲的上升沿超过指定值的时间。替代地，例如，第一测量信号的脉冲的脉冲中心可以用作第一捕获时间。
36.第二捕获时间对应于根据第二测量信号，另一个光脉冲被第二光学检测器明显捕获的时间。第二捕获时间可以例如对应于第二测量信号的上升沿超过指定值的时间或者对应于第二测量信号的脉冲中心。替代地，例如，第二测量信号的脉冲的脉冲中心可以用作第二捕获时间。
37.光脉冲被第一检测器实际捕获的时间与串扰在第二测量信号中变得显著的时间相关，因为这两种效应都是由于同一个被捕获的光脉冲而导致。因此，由第一光信号产生的光飞行时间类似于由第二测量信号产生的表观光飞行时间。换句话说，反射的光脉冲从第一检测器反射的点的径向距离大约等于从第二检测器的表观反射点的表观径向距离。
38.因为对第二测量信号的部分的丢弃已经根据捕获时间受到限制，所以可以进一步降低假阴性确定的风险。
39.根据至少一个实施例，仅当第一捕获时间和第二捕获时间之间的差小于或等于指定的最大差时，借助于计算单元丢弃第二测量信号的部分。
40.根据至少一个实施例，仅在差小于或等于最大差、脉冲能量与另一脉冲能量的比率小于或等于极限值、第一和第二检测器之间的距离小于或等于最大距离、并且第一测量信号对应于具有大于或等于最小能量的脉冲能量的捕获的光脉冲的情况下，才丢弃第二测量信号的部分，特别是准确地丢弃第二测量信号的部分。
41.根据至少一个实施例，借助于传感器系统，特别是借助于传感器系统的光源，将光脉冲发射到传感器系统的环境中，并且反射的光脉冲对应于发射的光脉冲的反射部分。
42.根据改进的概念，还提出了一种具有计算单元和有源光学传感器系统的传感器设备。该传感器系统具有光学检测器阵列，其中该阵列被配置成捕获在传感器系统的环境中反射的光脉冲，并基于所捕获的光脉冲产生多个测量信号。计算单元被配置成从多个测量信号中识别对应于具有大于或等于指定最小能量的脉冲能量的捕获光脉冲的第一测量信号，其中第一测量信号由阵列的第一检测器生成。计算单元被配置为将多个测量信号中的第二测量信号与第一测量信号进行比较，其中第二测量信号由阵列中的第二检测器生成。第一和第二检测器在阵列中间隔开小于或等于指定最大距离的距离。计算单元被配置为根据比较结果丢弃第二测量信号的至少一部分。
43.根据依照改进概念的传感器设备的至少一个实施例，传感器系统包含偏转设备，该偏转设备被配置成根据光脉冲的入射方向将反射的光脉冲引导到阵列的不同位置。
44.根据至少一个实施例，偏转设备被设计成使得其将入射方向对应于第一角度范围内的竖直扫描角度的反射的光脉冲引导到第一检测器上。偏转设备还以这样的方式设计，使得它将入射方向对应于第二角度范围内的竖直扫描角度的反射的光脉冲引导到第二检测器上。
45.第一和第二角度范围彼此不同，特别是第一和第二角度范围不相连。
46.光串扰可以导致根据第一角度范围入射的部分光脉冲入射到第二检测器上，或者部分入射到第二检测器上。
47.偏转设备可以包含例如可移动或可旋转安装的反射镜，或者可围绕一个或两个轴线倾斜或枢转的反射镜元件，其可以被设计为例如微电子机械系统mims。
48.根据至少一个实施例，计算单元被配置成基于第二测量信号的脉冲高度和/或脉冲宽度来确定另一脉冲能量，并且根据脉冲能量与另一脉冲能量的比较结果来丢弃第二测量信号的一部分。
49.根据至少一个实施例，计算单元被配置为基于第一测量信号确定第一捕获时间，基于第二测量信号确定第二捕获时间，以及根据第一捕获时间与第二捕获时间的比较结果丢弃第二测量信号的一部分。
50.根据改进概念的传感器设备的其他实施例直接来自根据改进概念的方法的不同配置，反之亦然。特别地，传感器设备可以被配置或编程为执行根据改进概念的方法，或者传感器设备执行根据改进概念的方法。
51.根据改进的概念，提出了一种具有根据改进的概念的传感器设备的机动车辆，其中传感器设备的传感器系统特别安装在机动车辆上或机动车辆中。
52.根据改进的概念，提出了一种具有指令的计算机程序，当根据改进的概念由传感器设备执行该计算机程序时，该指令使得传感器设备执行根据改进的概念的方法。
53.根据改进的概念，提出了一种计算机可读存储介质，在其上存储了根据改进的概念的计算机程序。
54.从权利要求、附图和对附图的描述中，本发明的其他特征是显而易见的。在不脱离本发明的范围的情况下，以上描述中引用的特征和特征的组合以及以下附图描述中引用的和/或单独在附图中示出的特征和特征的组合不仅可以用在分别指出的组合中，还可以用在其他组合中。因此，在附图中没有明确示出和解释的、但是通过特征的单独组合从所解释的实施例中出现和可产生的本发明的实施例也旨在被视为被包含和公开。因此而不具有最初表述的独立权利要求的所有特征的实施例和特征组合也旨在被认为是公开的。此外，超出或不同于权利要求的反向引用中阐述的特征组合的实施例和特征组合旨在被认为是公开的，特别是由上述实施例公开的。
附图说明
55.在附图中：
56.图1示出了具有根据改进概念的传感器设备的示例性实施例的机动车辆的示意图；
57.图2示出了根据改进概念的传感器设备的另一示例性实施例的光学检测器阵列和偏转设备的示意图；
58.图3示出了根据改进概念的传感器设备的另一示例性实施例的测量信号的示意图；
59.图4示出了根据改进概念的传感器设备的可能环境的示意图；和
60.图5示出了根据改进概念的传感器设备的另一示例性实施例的扫描点和经过滤扫描点的示意图。
具体实施方式
61.图1示出了具有根据改进概念的传感器设备13的机动车辆1。
62.传感器设备13具有有源光学传感器系统2，其例如被设计为激光雷达系统。传感器系统2被配置成借助于光源(未示出)将光脉冲4、尤其是红外激光脉冲发射到传感器系统2的环境中，并因此发射到机动车辆1的环境中。
63.发射的光脉冲4可以至少部分地被环境中的物体6反射，因此反射的光脉冲5可以在传感器系统2的方向上被发送回来。传感器系统2具有光学检测器8、9、10的阵列7，其可以捕获反射的光脉冲5，并且可以基于捕获的光脉冲产生多个测量信号。特别地，每个检测器8、9、10产生相应的测量信号。
64.传感器系统2具有例如偏转设备14(见图2)，该偏转设备能够根据反射的光脉冲5的入射方向将反射的光脉冲5引导到阵列7的不同检测器8、9、10上。
65.传感器设备13具有计算单元3，其耦合到传感器系统2，特别是耦合到阵列7，以便接收测量信号。
66.图2示出了传感器系统2的阵列7和偏转设备14的示意图。
67.在图2的示例性实施例中，光学检测器8、9、10例如彼此线性相邻排列，以便形成阵列7。
68.偏转设备14具有例如反射镜14，该反射镜安装为可以围绕旋转轴线15旋转，并且根据旋转位置，从不同的水平扫描角度或扫描方向将光脉冲5引导到阵列7上。在这种情况下，水平扫描角度可以理解为光脉冲5在垂直于旋转轴线15的平面中的投影例如与旋转轴线15所围成的角度。
69.旋转轴线15特别地平行于阵列7中的检测器8、9、10的布置方向。
70.根据相应的到达的光脉冲5的竖直扫描角度，光脉冲5被引导到阵列7的不同检测器8、9、10上。因此，通过组合水平和竖直扫描角度，传感器系统2的二维分辨率成为可能。基于多个测量信号的相应光飞行时间测量可以另外用于确定物体6上的相应反射点和阵列7或相应探测器8、9、10之间的径向距离，从而给出扫描点的总体三维坐标。
71.这里，竖直扫描角度对应于光脉冲5与旋转轴线15所围成的角度。
72.可选地，传感器系统2可以在偏转设备14和阵列7之间具有一个或多个透镜或其他光学元件16。替代地或附加地，传感器系统2可以在反射的光脉冲5和/或发射的光脉冲4的光路的另一部分中具有另外的光学元件。
73.在图2的示例中，根据射线光学成像规范，反射的光脉冲5被引导到阵列7的第一光学探测器8上。如果物体6是具有高反射率的物体，则反射的光脉冲5的能量或强度可以相对较高。由于衍射效应，这可能导致例如在阵列7上的第一检测器8的环境中第一检测器8和第二检测器9之间的光学串扰，以及第一检测器8和第二检测器9之间的电串扰。
74.在这种情况下，第二检测器9位于第一检测器8周围的指定最大范围内。在图2的示意性示例中，第二检测器9是第一检测器8的下一个或再下一个邻居(the next or the next but one neighbors)。第一检测器8的更高顺序邻居在图2中被示出为其他的光学检测器10。
75.下文描述了如何使用改进的概念来过滤检测器8、9、10的测量信号，特别是第二检测器9的测量信号，以便减少电和/或光串扰以及相关的假阳性扫描点的影响。
76.在这方面，两个测量信号11、12在图3中被描绘为时间t的函数。第一测量信号11例如对应于由第一检测器8基于反射的光脉冲5产生的测量信号。第二测量信号12例如对应于由第二光学检测器9之一产生的测量信号。
77.计算单元3特别地被配置成确定第二测量信号12或第二测量信号12的一部分是否对应于假阳性扫描点。
78.为此，计算单元3可以首先确定第一测量信号11是否对应于脉冲能量大于指定最小能量的捕获的光脉冲。只有这样的光脉冲才有可能导致光或电串扰。例如，可以基于第一测量信号11的脉冲宽度来确定脉冲能量。最小能量可以对应于例如脉冲宽度，该脉冲宽度对应于飞行时间差。飞行时间差在这里相当于径向距离的差。对应于飞行时间差的径向距
离的差可以在50到150厘米的数量级，例如大约120厘米。
79.如果根据第一测量信号11的脉冲能量大于最小能量，则计算单元3可以例如确定第一测量信号11的捕获时间和第二测量信号12的捕获时间。然后，例如，可以将相应的捕获时间确定为相应的测量信号11、12的上升沿超过指定最小值的时间，这在图3中例如由水平虚线表示。
80.如图3所示，第二测量信号12可以包括多个不同的脉冲12’、12”。这里，第一脉冲12’比第二脉冲12”提供更早的捕获时间。
81.计算单元3将第一测量信号11的捕获时间与第二测量信号12的捕获时间进行比较，例如与第一脉冲12’和第二脉冲12”各自的捕获时间进行比较。只有在第一测量信号11的第一捕获时间和第二测量信号12的相应的第二捕获时间彼此足够接近时，才可以以足够的概率假设检测到由于测量信号12的假阳性。
82.在本示例中，第一测量信号11的捕获时间和第二测量信号12的第一脉冲12’的捕获时间几乎相同，因此第一脉冲12’是潜在的假阳性扫描点。然而，第二脉冲12”的捕获时间与第一测量信号11的捕获时间相差过远，以至于它不会是具有任何足够概率的假阳性扫描点。因此，第二脉冲12”在较高概率上是实际的扫描点，该扫描点特别地比由第一测量信号11给出的第一扫描点离传感器系统2更远。
83.计算单元3现在还可以确定第二测量信号12的脉冲能量，特别是第一脉冲12’的脉冲能量。计算单元3可以将第一测量信号11的脉冲能量与第二测量信号12的第一脉冲12’的脉冲能量相关联，并且计算脉冲能量的比率。只有当第一测量信号11的脉冲能量显著大于第二测量信号12的第一脉冲12’的脉冲能量，即至少大于指定的倍数时，才可以假定为假阳性扫描点。这是本示例中的情况，例如，这可以从第一脉冲12’与第一测量信号11的脉冲相比显著更小的脉冲宽度看出。
84.总之，计算单元3已经确定，第一脉冲12’与第一测量信号11的脉冲能量相比具有足够小的脉冲能量，指示距阵列7几乎相同的径向距离，并且由位于第一检测器8的紧邻环境中的第二检测器9产生。此外，第一测量信号11的脉冲能量相对较高。
85.计算单元3因此可以丢弃第二测量信号12的第一脉冲12’，也就是说特别标记它或者存储第一脉冲12’不应该被其他功能或算法使用的信息。
86.图4示意性地示出了如图1所示的机动车辆1的环境。物体6被示出为例如交通标志等。
87.由于这种标志通常是高度反射的目标物体，因此这里假阳性扫描点的风险特别高。
88.图5示意性地示出了通过传感器系统2的如参考图1至3所描述的相应物。特别地，示出了第一层的第一扫描点17、第二层的第二扫描点18和第三层的第三扫描点19。在这种情况下，不同的位置例如对应于由不同的探测器8、9、10产生的扫描点。每一层17、18、19包含对应于不同水平扫描角度的多个扫描点。
89.连接到这些点的透视线示意性地表示相关的脉冲能量。
90.图5中还示出了标有“x”的假阳性扫描点20。这些是以所描述的方式产生的，例如，通过光或电串扰。
91.基于改进的概念，如上所述，这些假阳性扫描点20可以从传感器系统2的测量数据
中过滤掉，并且不再被考虑。如果不进行这种过滤，物体6的表观范围将大于其实际范围。
92.根据改进的概念，如上所述，可以过滤有源光学传感器系统的测量数据，以便识别假阳性扫描点，而不会显著增加假阴性确定的风险。