用于运行激光雷达装置的方法、激光雷达装置和激光雷达系统与流程

1.本发明涉及一种用于运行激光雷达装置的方法。


背景技术：

2.从现有技术中已知用于在自动化驾驶环境中测距的不同类型的激光雷达系统。尤其已经建立了扫描式的激光雷达系统，在所述激光雷达系统中，激光射束在一个场景上运动。在对象上反射的激光通过接收光学器件被再次映射到探测器上。现有技术尤其包括激光雷达系统，在所述激光雷达系统中，通过操控各个激光器来映射各个像素，所述像素然后可以通过相应探测器逐个像素地被测量。然而，这些激光雷达系统具有以下缺点：需要非常多的单个探测器，因此它们是复杂且成本密集的。
3.进一步的发展是所谓的线闪光(linienflash)激光雷达系统，所述线闪光激光雷达系统同时发射出一条完整的线或由短区段组成的线。这可以以不同的方式或通过不同的光学元件产生，例如通过对激光器的近场进行映射或确定的射束整形光学器件。行探测器(zeilendetektor)通过其各个探测通道检测整条线。这通常还与多重发射方法相结合，即，电磁辐射的线被多次发射并且分别利用探测器来测量。在每次发射所述线时获得的信号被时间同步地合计并且产生和信号。
4.这种方法的一个主要问题是在探测器的各个探测通道之间的光学串扰。如果例如具有高反射率的对象(例如回射器或路牌)被该线的、随后由探测器的探测通道检测的一部分照射，则具有显著强度的散射光也照射到相邻探测通道上。于是，在分析处理的框架内无法区分是真实信号还是相邻的探测通道中的虚假信号。这导致该对象在表示该对象的3d点云中的明显放大。这种效应甚至可涉及探测器的所有探测通道，使得点状对象在3d点云中显现为细长的对象。


技术实现要素：

5.本发明的任务是，说明一种用于运行激光雷达装置的改进的方法，提供一种改进的激光雷达装置和一种改进的激光雷达系统。这些任务通过根据本发明的用于运行激光雷达装置的方法来解决。在下文中说明有利的扩展方案。
6.在用于运行激光雷达装置的方法中，激光雷达装置具有发射器装置和探测器。发射器装置构造用于如此发射电磁辐射，使得电磁辐射的彼此时间偏移的部段沿着一条线布置。探测器具有多个线形布置的且分别构造用于探测电磁辐射的探测通道。所述方法包括以下方法步骤：如此发射部段的第一序列，使得所述部段沿着一条线布置。基于第一序列的部段的所发射的、至少部分在对象上反射且至少部分入射到探测器上的电磁辐射来探测第一信号。如此发射部段的至少第二序列，使得所述部段沿着一条线布置。第一序列和第二序列至少在两个彼此相继的部段的时间间隔方面不同。基于第二序列的部段的所发射的、至少部分在对象上反射且至少部分入射到探测器上的电磁辐射来探测第二信号。将第一和第
二信号的信号强度相加，以便获得每个探测通道的和信号。将和信号的信号强度与至少一个能预给定的阈值进行比较。辨识真实信号，其中，如果一个和信号的信号强度大于所述能预给定的阈值，则将所述和信号辨识为真实的。
7.有利地，所述方法实现：可以在真实信号和不希望的信号之间进行区分，所述不希望的信号可由相邻的探测通道之间的串扰引起。相邻的探测通道的串扰尤其是发生在电磁辐射的所发射的部段照射到具有高反射率的对象上并且随后至少照射到两个相邻的探测通道上时。如果此类串扰发生在一个部段中，该部段在第一序列的框架内与在第二序列的框架内相比具有距前一个或后一个部段的不同时间间隔，则在相邻的探测通道中的串扰信号可以被辨识为这种串扰信号，因为如果考虑到不同的时间间隔，则在相关探测通道中的串扰信号的信号强度不相加。由此，串扰信号的信号强度没有达到能预给定的阈值。
8.在一个实施方式中，第一序列和第二序列在每两个彼此相继的部段的所有时间间隔方面不同。有利地，由此可以如下地检查所有的基于部段的序列探测到的信号：所述信号是否为真实的，或者，其是否为串扰信号。
9.在一个实施方式中，一个序列的彼此相继的部段的时间间隔大于所述序列的部段的脉冲宽度。有利地，由此可以将在探测通道中探测到的信号与可能的串扰信号在时间上分开。这实现了真实信号的辨识。
10.在一个实施方式中，发射器装置具有多个沿着一条线布置且分别构造用于发射电磁辐射的发射器。电磁辐射的部段的序列的发射通过连续且脉冲式地运行所述发射器来进行。
11.在一个实施方式中，发射器装置包括构造用于发射电磁辐射的发射器和能旋转地和/或能摆动地受支承的偏转镜。偏转镜设置用于，如此反射电磁辐射的脉冲式地发射的部段，使得将电磁辐射的彼此时间偏移的部段沿着一条线布置。
12.在一个实施方式中，发射器装置和探测器布置在转子上。有利地，由此可以在更大的范围上扫描激光雷达装置的周围环境。
13.在一个实施方式中，在发射器装置和探测器之间的光学路径双轴或同轴地构造。有利地，激光雷达装置可以由于其双轴或同轴的光学路径而以节省空间的方式实施在上级系统中。
14.在一个实施方式中，激光雷达装置是自主机动车的组成部分，并且在所述自主机动车的运行中执行所述方法。有利地，给自主机动车提供可靠的激光雷达数据，在所述可靠的激光雷达数据中串扰信号被减少或不存在。由此，所述方法可以有助于改进对自主机动车的控制。
15.一种激光雷达装置构造用于，执行根据本发明的方法。一种激光雷达系统包括多个激光雷达装置。有利地，通过多个激光雷达装置可以产生对象的更精确的表示(例如3d点云)，在所述表示中由串扰信号引起的伪影减少或不存在。
附图说明
16.下面参照示意性的附图进一步地阐述用于运行激光雷达装置的方法。
17.附图示出：
18.图1：激光雷达装置；
19.图2：电磁辐射的部段的第一序列的探测到的信号；
20.图3：电磁辐射的部段的第二序列的探测到的信号；
21.图4：电磁辐射的部段的第三序列的探测到的信号；
22.图5：在考虑不同序列的部段之间的不同时间间隔的情况下，探测到的信号的和信号；以及
23.图6：用于运行激光雷达装置的方法的方法步骤。
具体实施方式
24.图1示意性地示出激光雷达装置1。激光雷达装置1具有发射器装置2和探测器3。发射器装置2构造用于，如此发射电磁辐射4，使得电磁辐射4的彼此时间偏移的部段5沿着一条线6布置。探测器3具有多个线形布置的且分别构造用于探测电磁辐射4的探测通道。探测器3也可以称为行探测器。为了简单起见，探测器3的各个探测通道在图1中未示出。
25.在图1的激光雷达装置1的实施方式中，发射器装置2具有多个沿着一条线布置且分别构造用于发射电磁辐射4的发射器7。发射器7例如可以构造为激光器。然而，也可能的是，发射器7是电磁辐射4的其他源，例如发光二极管。电磁辐射4的部段5的序列的发射通过连续且脉冲式地运行发射器7来进行。为了操控发射器2，激光雷达装置1具有控制器，为了简单起见在图1中未示出该控制器。以这种方式，可以产生由电磁辐射4的部段5组成的线，该线时间偏移地合成，也就是说，电磁辐射4的该线的部段5被依次发射。两个所发射的部段5之间的时间间隔可以通过以下方式来选择：以彼此之间希望的时间间隔操控两个相应的发射器7。
26.在图1的图示中，示例性地示出六个发射器7，从而可以发射总共六个部段5。然而，部段5的数量可以是任意的。此外，图1示出，部段5在其映射到投影面上时彼此之间具有间隔。然而，在部段5之间不得存在间隔。例如，部段5也可以彼此重叠。
27.在一个替代实施方式中，发射器装置2包括构造用于发射电磁辐射的发射器7和能旋转地和/或能摆动地受支承的偏转镜。偏转镜设置用于，如此反射电磁辐射4的所发射的部段5，使得电磁辐射4的彼此时间偏移的部段5沿着线6布置。为了操控发射器2，激光雷达装置1同样具有控制器，为了简单起见在图1中未示出该控制器。在这种情况下，激光雷达装置1还具有另一个控制器以操控偏转镜。这种激光雷达装置1也实现了时间偏移地合成由电磁辐射4的部段5组成的线。在此，在两个所发射的部段5之间的时间间隔取决于能旋转地和/或能摆动地受支承的偏转镜的频率。为了简单起见，在图1中未示出具有偏转镜的激光雷达装置1的实施方式。
28.激光雷达装置1具有第一光学装置8和第二光学装置9。第一光学装置8构造用于，如此映射由发射器装置2发射的电磁辐射4，使得电磁辐射4的部段5沿着线6布置。第二光学装置9构造用于，将电磁辐射4的在对象上反射的部段5映射到探测器3上。
29.合乎目的的是，所发射的部段5的数量相应于探测通道的数量。在对象上反射的部段5例如可以分别映射到单独的探测通道上。由此，在各一个部段5和探测器3的探测通道之间存在配属关系。这例如可以通过以下方式来实现：发射器装置2的发射器7的数量相应于探测器3的探测通道的数量，并且将由发射器7分别发射的部段5映射到单独的探测通道上。以这种方式，时间偏移地发射的部段5可以时间偏移地通过各一个探测通道来探测。通常，
合乎目的的是，将每个部段或者每个发射器7配属给一个探测通道，其中，部段或者发射器7的数量不必相应于探测通道的数量。例如可以将两个部段5或者两个发射器7配属于一个共同的探测通道，或者，例如可以将一个部段5或者一个发射器7配属给两个探测通道，其方式是，该部段5被分别部分地映射到相邻的探测通道上。
30.在发射器装置2和探测器3之间的光学路径可以要么如图1中呈现的那样双轴地构造要么同轴地构造。发射器装置2和探测器3也可以布置在未呈现的转子上，以便借助沿着线6布置的、电磁辐射4的部段5扫描激光雷达装置1的周围环境。为了操控该转子，激光雷达装置1可以具有附加的控制器。
31.激光雷达装置1也可以具有多个发射器装置2和多个探测器3。为了简单起见，这在图1中未呈现。发射器装置2中的每个发射器装置构造用于，如此发射电磁辐射4，使得电磁辐射4的彼此时间偏移的部段5沿着一条线6布置。例如，发射器装置2可以如此布置，使得不同发射器装置2的所发射的电磁辐射4的部段5沿着彼此平行走向的线6布置。探测器3中的每个探测器分别具有多个线形布置的且分别构造用于探测电磁辐射4的探测通道，也就是说，激光雷达装置1具有多个行探测器。例如，行探测器同样可以彼此平行走向地布置。具有多个发射器装置2和多个探测器3的激光雷达装置1的实施方式提供了可以大面积地扫描周围环境的优点。
32.激光雷达装置1也可以是具有多个激光雷达装置1的激光雷达系统的组成部分。激光雷达装置1或具有多个激光雷达装置1的激光雷达系统例如可以分别是自主机动车的组成部分。
33.图2至图5表明用于运行激光雷达装置1的方法的方法步骤。该方法基于将由相邻的探测通道中的串扰产生的信号与真实信号区分开的思想。例如，当电磁辐射4的部段5在具有高反射率的对象上被反射并且由此不是仅照射到一个探测通道上时，串扰可出现。该方法例如可以在自主机动车的运行中被执行，该自主机动车配备有激光雷达装置1。在由多个激光雷达装置1组成的激光雷达系统的情况下，该方法可以以并行的方式和方法被执行多次。
34.图2示意性地示出在该方法的框架内探测到的第一信号10的时间变化过程。在横坐标上绘制时间14。在纵坐标上绘制信号强度15。为了简单起见，仅示例性地示出探测器3的三个相邻的探测通道11、12、13的探测到的第一信号10。然而，该方法不限于探测通道11、12、13的数量。
35.在该方法的一个方法步骤的框架内，借助发射器装置2已经如此发射部段5的第一序列16，使得部段5沿着一条线6且彼此时间偏移地布置，如其在图1中所示的那样。在另一个方法步骤中，基于第一序列16的部段5的所发射的、至少部分在对象上反射的且至少部分入射到探测器3上的电磁辐射4已经探测到第一信号10。图2仅示例性地示出已经彼此时间偏移地发射的部段5的第一序列16的三个部段5的三个彼此相继的信号10。在此，第一信号10已经被彼此时间偏移地探测，因为它们已经被彼此时间偏移地发射。此外，部段5可以在发射器装置2和探测器3之间具有不同的传播时间。
36.信号a已经由第一探测通道11探测到。后续信号b已经与信号a时间偏移地由和第一探测通道11相邻的第二探测通道12探测到。另一个后续信号c已经与信号b时间偏移地由和第二探测通道12相邻的第三探测通道13探测到。除了由第二探测通道12探测到的信号b
之外，同时已经探测到来自相邻的探测通道11、13的串扰信号d。通过以下方式产生串扰信号d：电磁辐射4的与后续信号b相关联的部段5已经在具有高反射率的对象上发生反射，从而反射的电磁辐射4也分别照射到与第二探测通道12相邻的探测通道11、13上并且不仅照射到探测后续信号b的第二探测通道12上。然而，也可能仅在相邻的探测通道11、13之一中产生串扰信号d。通常无法首先确定：第一信号10是否为真实信号、即其中电磁辐射4已经在对象上发生反射的实际回波，而不是串扰信号d。用于运行激光雷达装置1的方法有利地克服了这个问题。
37.图3示意性地示出在该方法的框架内探测到的第二信号17的时间变化过程。在横坐标上绘制时间14。在纵坐标上绘制信号强度15。再次示出图2的三个探测通道11、12、13。
38.在另一个方法步骤的框架内，已经借助发射器装置2如此发射部段5的第二序列18，使得部段5已经沿着一条线6且彼此时间偏移地布置。在另一个方法步骤中，基于第二序列18的部段5的所发射的、至少部分在对象上反射的且至少部分入射到探测器3上的电磁辐射4已经探测到第二信号17。
39.在第一序列16之后发射第二序列18。第一序列16和第二序列18至少在两个彼此相继的部段5的时间间隔方面不同。图3示例性地示出，第一序列16和第二序列18在每两个彼此相继的部段5的所有时间间隔方面不同，然而，这不是强制必需的。示例性地，已经如此选择第二序列18，使得在所发射的部段5之间的时间间隔以及因而在探测到的第二信号17之间的时间间隔与在第一序列16的所发射的部段5之间的时间间隔相比并且因而与在探测到的第一信号10之间的时间间隔相比分别更小。然而，也可以不同地选择第二序列18。
40.信号a
′
已经由第一探测通道11探测到。后续信号b
′
已经与信号a
′
时间偏移地由和第一探测通道11相邻的第二探测通道12探测到。另一个后续信号c
′
已经与信号b
′
时间偏移地由和第二探测通道12相邻的第三探测通道13探测到。除了由第二探测通道12探测到的信号b
′
之外，同时已经再次探测到来自相邻的探测通道11、13的串扰信号d
′
。为了更好地理解，在图3中同样示出已经由第一或者第三探测通道11、13基于第一序列16探测到的第一信号10的信号a、c。在图3的图示中，由第二探测通道12且基于第一序列16探测到的第一信号b,10以及同样由第二探测通道12且基于第二序列18探测到的第二信号b
′
,17用作参考点。出于这个原因，它们和所属的串扰信号d，d
′
同时出现在相邻的探测通道11、13中。
41.图4示意性地示出在该方法的框架内探测到的第三信号19的时间变化过程。在横坐标上绘制时间14。在纵坐标上绘制信号强度15。再次示出图2的三个探测通道11、12、13。
42.在另一个可选的方法步骤的框架内，借助发射器装置2已经如此发射部段5的第三序列20，使得部段5已经沿着一条线6且彼此时间偏移地布置。在另一个可选的方法步骤中，基于第三序列20的部段5的所发射的、至少部分在对象上反射的且至少部分入射到探测器3上的电磁辐射4已经探测到第三信号19。
43.在第二序列18之后发射第三序列20。第一序列16、第二序列18和第三序列20分别至少在两个彼此相继的部段5的时间间隔方面不同。图4示例性地示出，第一序列16和第三序列20在每两个彼此相继的部段5的所有时间间隔方面不同，然而，这不是强制必需的。示例性地，已经如此选择第三序列20，使得在所发射的部段5之间的时间间隔以及因而在探测到的第三信号19之间的时间间隔与在第一序列16的所发射的部段5之间的时间间隔相比并且因而与在探测到的第一信号10之间的时间间隔相比分别更大。然而，也可以不同地选择
第三序列20。
44.信号a
″
已经由第一探测通道11探测到。后续信号b
″
已经与信号a
″
时间偏移地由和第一探测通道11相邻的第二探测通道12探测到。另一个后续信号c
″
已经与信号b
″
时间偏移地由和第二探测通道12相邻的第三探测通道13探测到。除了由第二探测通道12探测到的信号b
″
之外，同时已经再次探测到来自相邻的探测通道11、13的串扰信号d
″
。为了更好地理解，在图4中同样示出已经由第一或者第三探测通道11、13基于第一序列16探测到的第一信号10的信号a、c。在图4的图示中，由第二探测通道12且基于第一序列16探测到的第一信号b,10以及同样由第二探测通道12且基于第三序列20探测到的第三信号b
″
,19同样用作参考点。出于这个原因，它们和所属的串扰信号d、d
″
同时出现在相邻的探测通道11、13中。
45.也可以省去可选的方法步骤，也就是说，发射至少一个第一和第二序列16、18以及基于第一和第二序列16、18的部段5的分别发射的、分别至少部分在对象上反射的且分别至少部分入射到探测器3上的电磁辐射4来探测第一第二信号10、17可以是足够的。第三序列20或更多序列的使用不是强制必需的。然而，有利的是，使用尽可能多的序列，所述序列分别至少在两个彼此相继的部段5的时间间隔方面不同。由此可以更好地区分真实信号a、a
′
、a
″
、b、b
′
、b
″
、c、c
′
、c
″
和串扰信号d、d
′
、d
″
。
46.每个序列16、18、20的部段5如此被发射，使得分别照射相同的周围环境或者相同的对象。每个序列16、18、20的部段5在对象上发生反射并且分别照射到相同的探测通道11、12、13上。探测通道11、12、13配属于每个部段5。例如，如果发射器装置2包括多个发射器7，则探测通道11、12、13可以配属于每个发射器7。例如，信号a、a
′
、a
″
分别基于序列16、18、20的分别照射到第一探测通道11上的部段5。信号b、b
′
、b
″
分别基于序列16、18、20的分别照射到第二探测通道12上的部段5。信号c、c
′
、c
″
分别基于序列16、18、20的分别照射到第三探测通道13上的部段5。
47.可以任意选择在序列16、18、20的部段5之间的时间间隔。它们可以例如等距分布或者例如统计分布。然而，序列16、18、20的彼此相继的部段5的时间间隔典型地应大于该序列的所述部段5的脉冲宽度。由此可以确保，信号10、17、19可以由探测器3在时间上彼此分开地解析。
48.在另一个方法步骤中，第一和第二信号10、17的以及可选地第三信号19和另外的信号的信号强度15被相加，以便获得每个探测通道11、12、13的和信号22。图5示出针对每个探测通道11、12、13所求取的和信号22，其中，示例性地使用图2至图4的第一、第二和第三序列16、18、20。在横坐标上绘制时间14。在纵坐标上绘制信号强度15。
49.第一探测通道11的和信号22具有由信号a、a
′
和a
″
的信号强度15组成的信号强度15。第二探测通道12的和信号22具有由信号b、b
′
和b
″
的信号强度15组成的信号强度15。第三探测通道13的和信号22具有由信号c、c
′
和c
″
的信号强度15组成的信号强度15。基于第一序列16产生的串扰信号d与第二探测通道12的和信号22同时分别出现在第一和第二探测通道11、13中。基于第二序列18产生的串扰信号d
′
由于选择了第二序列18而分别在第二探测通道12的和信号22之前出现在第一和第二探测通道11、13中。基于第三序列20产生的串扰信号d
″
由于选择了第三序列20而分别在第二探测通道12的和信号22之后出现在第一和第二探测通道11、13中。事实上，串扰信号d、d
′
、d
″
与由第二探测通道12探测到的信号b、b
′
、b
″
同时出现在与第二探测通道12相邻的探测通道11、13中。即，在第一探测通道中和在第三探
测通道13中的相应的串扰信号d、d
′
、d
″
的信号强度15不相加，并且因此在图5的图示中对于相应的探测通道11、12、13在时间上依次出现。
50.为了将第一、第二、第三并且如有必要另外的信号10、17、19的信号强度相加，因而必须针对每个探测通道11、12、13和每个序列16、18、20确定配属于相应的探测通道11、12、13的部段5关于时间参考的时间偏移。时间偏移分别由序列16、18、20的所发射的部段5的时间次序得出并且与时间参考有关。例如，序列16、18、20的选择的信号10、17、19可以用作时间参考，例如第一序列16的首先被探测到的第一信号10。然后，每个探测通道11、12、13的每个探测到的信号10、17、19移动了确定的时间偏移的相应负值(negatives)，从而配属于特定探测通道11、12、13的信号10、17、19同时出现在相关的探测通道11、12、13中并且其信号强度15对相应的和信号22有贡献。在此，必须考虑在所发射的序列16、18、20之间的时间偏移。由于相应的探测通道11、12、13的串扰信号d、d
′
、d
″
同样移动了确定的时间偏移的相应负值并且其与分别相关的探测通道11、12、13的真实信号a、a
′
、a
″
、b、b
′
、b
″
、c、c
′
、c
″
的相应的时间间隔由于所发射的部段5之间的不同时间间隔而可以是不同的，因此在这些情况下串扰信号d、d
′
、d
″
分布在不同的正式(formale)探测时间点上。出于这个原因，它们的信号强度15不会相加。
51.在另一个方法步骤中，将和信号22的信号强度15与至少一个能预给定的阈值21进行比较。可能的是，将探测器3的每个探测通道11、12、13的和信号22与相应单独的能预给定的阈值21进行比较。在另一个方法步骤中，辨识真实信号a、a
′
、a
″
、b、b
′
、b
″
、c、c
′
、c
″
。如果和信号的信号强度15大于能预给定的阈值21，则和信号22被视为真实的。图5示出，串扰信号d、d
′
、d
″
分别没有超过能预给定的阈值21。出于这个原因，它们可以被辨识为串扰信号d、d
′
、d
″
。为了使信号强度15相加以获得和信号22，并且为了将和信号22的信号强度15与能预给定的阈值21进行比较，激光雷达装置1具有分析处理装置。
52.图6示意性地示出用于运行图1的激光雷达装置1的方法30的方法步骤31、32、33、34、35、36、37，该方法已经根据图2至图5进行了阐述。
53.在第一方法步骤31中，如此发射部段5的第一序列16，使得部段5沿着一条线6布置。在第二方法步骤32中，基于第一序列16的部段5的所发射的、至少部分在对象上反射的且至少部分入射到探测器3上的电磁辐射4来探测第一信号10。在第三方法步骤33中，如此发射部段5的至少第二序列18，使得部段5沿着一条线6布置。第一序列16和第二序列18至少在两个彼此相继的部段5的时间间隔方面不同。在第四方法步骤34中，基于第二序列18的部段5的所发射的、至少部分在对象上反射的且至少部分入射到探测器3上的电磁辐射4来探测第二信号17。在第五方法步骤35中，将第一和第二信号10、17的信号强度15相加，以便获得每个探测通道11、12、13的和信号22。在第六方法步骤36中，将和信号22的信号强度15与至少一个能预给定的阈值21进行比较。在第七方法步骤37中，辨识真实信号，其中，如果一个和信号的信号强度15大于能预给定的阈值21，则将该和信号22辨识为真实的。