DE10132335A1

DE10132335A1 - Localizing system for objects uses transmitter for pulsed emission of laser beams and receiver with sensor to pick up reflected beam pulses and to analyze them regarding their execution time

Info

Publication number: DE10132335A1
Application number: DE10132335A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Lages; Johann Hipp; Roland Krzikalla; Raimund Kammering
Original assignee: Ibeo Automobile Sensor GmbH
Current assignee: Ibeo Automobile Sensor GmbH
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-16

Abstract

A transmitter (1) emits laser beams (3) in pulses that are reflected from a first object (5) and picked up by a receiver with a sensor and analyzed regarding their execution time. The center of the pulse width at a low threshold for the intensity of the beams picked up determines the pick-up time point. The execution times of the beam pulses are analyzed regarding their gradient. An Independent claim is also included for a device for localizing objects in an area with a transmitter for pulsed emission of laser beams.

Description

Verfahren zur Lokalisierung von Objekten im Raum, bei welchem von einer Sendeeinrichtung Licht-, insbesondere Laserstrahlen in Pulsen ausgesendet und die von den Objekten reflektierten Strahlenpulse mittels einer Empfangseinrichtung mit einem geeigneten Sensor empfangen und hinsichtlich ihrer Laufzeit analysiert werden, wobei der Empfangszeitpunkt insbesondere durch die Mitte der Pulsbreite bei einem unteren Schwellenwert für die Intensität der empfangenen Strahlung bestimmt wird. Method for localizing objects in the room, in which of a transmitting device light, in particular laser beams in pulses emitted and the radiation pulses reflected by the objects by means of receive a receiving device with a suitable sensor and are analyzed with regard to their duration, the Time of reception especially through the middle of the pulse width at a lower one Threshold value for the intensity of the received radiation is determined becomes.

Aufgrund der genannten Art der Bestimmung des Empfangszeitpunkts treten bei derartigen Verfahren und nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtungen wie Laserscannern oder sogenannten Fixed-Beam-Lasern Probleme auf, wenn sich zwei Objekte hintereinander befinden. Trifft der Lichtstrahl auf den Übergangsbereich zwischen den beiden Objekten, so wird ein Teil des Strahls vom vorderen und ein Teil vom hinteren Objekt reflektiert. Dies führt bei relativ dicht hintereinander befindlichen Objekten dazu, daß sich eine Mischentfernung ergibt, die zwischen der Entfernung der beiden Objekte liegt, wobei die Mischentfernung insbesondere davon abhängig ist, wie groß der Anteil des Laserfleck auf dem jeweiligen Objekt ist. Je größer der Laserfleck auf dem jeweiligen Objekt, desto näher liegt die Mischentfernung an dessen Entfernung. Due to the type of determination of the time of reception mentioned occur in such procedures and working according to this procedure Devices such as laser scanners or so-called fixed-beam lasers Problems when two objects are in a row. Does the Light beam on the transition area between the two objects, see above becomes part of the beam from the front object and part from the rear object reflected. This leads to those located relatively close together Objects that there is a mixed distance between the Distance between the two objects lies, with the mixing distance in particular depends on how large the proportion of the laser spot on the respective Object is. The larger the laser spot on the object, the closer the mixing distance is due to its distance.

Derartige Grenzbereiche stören bei der Lokalisierung der Objekte, da sogenannte Geistermessungen, auch Abrißkanten genannt, erzeugt werden, die ein zwischen den beiden Objekten liegendes drittes Objekt vortäuschen. Such border areas interfere with the localization of the objects because so-called ghost measurements, also called tear-off edges, are generated, which is a third object lying between the two objects to pretend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren und die zugehörige Vorrichtung so weiterzubilden, daß diese Probleme nicht auftreten. Insbesondere sollen Fehlinterpretationen aufgrund von sogenannten Geistermessungen verhindert werden. The invention has for its object the above Develop methods and the associated device so that these problems do not occur. In particular, misinterpretations due to so-called ghost measurements can be prevented.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Laufzeiten der Strahlenpulse zusätzlich im Hinblick auf ihren Gradienten analysiert werden und daß bei Feststellen eines Gradienten, der größer ist als ein hierfür festgelegter Grenzwert, das gleichzeitige Erfassen von zwei hintereinander befindlichen Objekten, eine sogenannte Abrißkante, signalisiert wird. This object is achieved in that the transit times of the radiation pulses additionally be analyzed with regard to their gradient and that if a gradient is determined that is greater than a gradient specified for this Limit value, the simultaneous detection of two consecutive Objects, a so-called tear-off edge, is signaled.

Durch das zusätzliche Analysieren der Laufzeiten der Strahlenpulse im Hinblick auf ihren Gradienten kann das Auftreten der sogenannten Abrißkanten festgestellt werden. Überschreitet der Laufzeitgradient einen hierfür festgelegten Grenzwert, der größer ist als ein bei dem gemessenen Objekt zu erwartender Gradient, so wird erfindungsgemäß darauf geschlossen, daß mit der Messung zwei hintereinander liegende Objekte erfaßt wurden. Der erhaltene Meßwert ist dadurch als Geistermeßwert erkannt und kann entsprechend behandelt werden. Beispielsweise kann der Meßwert einfach ignoriert werden. By additionally analyzing the transit times of the radiation pulses in the With regard to their gradient, the occurrence of the so-called Tear edges are found. If the runtime gradient exceeds one limit specified for this, which is greater than a measured value Object to be expected gradient, so according to the invention concluded that the measurement detected two objects in a row were. The measured value obtained is thereby recognized as a ghost measured value and can be treated accordingly. For example, the Measured value can simply be ignored.

Eine andere, bevorzugte Möglichkeit besteht darin, den Meßwert der Abrißkante dazu zu verwenden, die Lage des Übergangs vom ersten zum zweiten Objekt genau zu bestimmen. Damit kann eine Aussage über die Lage der Objekte erhalten werden, die eine höhere Auflösung aufweisen kann als die Auflösung des Laserscanners. Die Bestimmung der Lage des Übergangs erfolgt dabei insbesondere dadurch, daß die Meßdaten der Abrißkante mit den Meßdaten benachbarter Messungen verglichen werden. Another preferred option is to measure the measured value To use the tear-off edge, the position of the transition from the first to the to determine the second object exactly. This can be a statement about the Position of the objects are obtained that have a higher resolution can than the resolution of the laser scanner. Determining the location of the The transition takes place in particular in that the measurement data of the The tear-off edge can be compared with the measurement data of neighboring measurements.

Insbesondere erfolgt die Bestimmung der Lage des Übergangs unter der Annahme, daß die Entfernung der beiden festgestellten Objekte am Übergang mit dem entsprechenden Wert der dem Übergang nächstliegenden Messung am jeweiligen Objekt übereinstimmt. Es kann dann auf die Lage des Übergangs geschlossen werden, da dieser um so näher am Ort einer der beiden benachbarten Messungen liegt, je näher der gemessene Entfernungswert der Abrißkante am Entfernungswert der anderen benachbarten Messung liegt, und umgekehrt. In particular, the location of the transition is determined under the Assumption that the distance between the two objects found on Transition with the corresponding value of the one closest to the transition Measurement on the respective object matches. It can then affect the location of the transition, because this is the closer to the location of a of the two neighboring measurements, the closer the measured Distance value of the tear-off edge at the distance value of the other neighboring ones Measurement lies, and vice versa.

Eine noch genauere Bestimmung der Lage des Übergangs kann dadurch ermöglicht werden, daß zusätzlich zur Entfernung auch die Intensität der reflektierten Strahlung gemessen wird, also die Reflektivität der Objekte. Der gemessene Entfernungswert der Abrißkante liegt nämlich um so näher am gemessenen Entfernungswert einer benachbarten Messung, je höher die Reflektivität des zugehörigen Objektes ist. Insgesamt kann daher eine sehr hohe Auflösung erreicht werden. This enables a more precise determination of the position of the transition be made possible that in addition to the distance also the intensity of the reflected radiation is measured, i.e. the reflectivity of the objects. The measured distance value of the tear-off edge is all the more so closer to the measured distance value of an adjacent measurement, each the reflectivity of the associated object is higher. Overall, therefore a very high resolution can be achieved.

Der Grenzwert für den Signalgradienten wird bevorzugt für jeden Meßwert separat festgelegt, insbesondere in Abhängigkeit von der festgestellten Entfernung des jeweiligen Objektes und/oder dessen Reflektivität. Die Feststellung des Vorliegens einer Abrißkante kann dadurch verbessert werden. Wie der Grenzwert grundsätzlich festzulegen ist, kann empirisch ermittelt werden. The limit value for the signal gradient is preferred for each measured value set separately, particularly depending on the identified Distance of the respective object and / or its reflectivity. The Determining the presence of a tear-off edge can thereby be improved become. How the limit value is to be determined in principle can be determined empirically be determined.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Entscheidung bezüglich des Vorliegens einer Abrißkante zusätzlich zum Gradienten der Laufzeit weitere Information, beispielsweise die Entwicklung des Gradienten von Messung zu Messung oder die Veränderung der Reflektivität der erfaßten Objekte berücksichtigt. Die Erkennung von Abrißkanten kann dadurch verbessert werden. Bei einer Winkelabtastung kann sich nämlich der Gradient bei Messung entlang eines Objektes ändern. Ist die Änderung nicht kontinuierlich sondern macht einen Sprung, so deutet dies auf das Vorhandensein zweier hintereinander liegender Objekte hin. Ebenso ist eine plötzliche Änderung in der Reflektivität des gemessenen Objektes ein Hinweis auf zwei verschiedene Objekte, die unmittelbar hintereinander liegen. According to a further embodiment of the invention Decision regarding the presence of a tear-off edge in addition to Gradients of the runtime further information, for example the development of the Gradients from measurement to measurement or the change in Reflectivity of the detected objects is taken into account. Detection of tear-off edges can be improved. With an angular scan can namely change the gradient when measuring along an object. Is the Change does not continuously but makes a jump, so indicates this is due to the existence of two objects lying one behind the other. There is also a sudden change in the reflectivity of the measured Object is a reference to two different objects that are immediate lie in a row.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei Laserscannern und sogenannten Fixed-Beam-Lasern anwendbar. The method according to the invention is particularly useful for laser scanners and so-called fixed beam lasers applicable.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die in den Ansprüchen 8 bis 12 angegebenen Merkmale aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung, A device for performing the method according to the invention can have the features specified in claims 8 to 12. The method according to the invention is illustrated in the accompanying drawing explained in more detail. They show, each in a schematic representation,

Fig. 1 die Durchführung einer Entfernungsmessung eines vor einer Wand befindlichen Objektes und Fig. 1 the implementation of a distance measurement of an object located in front of a wall and

Fig. 2a bis c das Meßergebnis bei drei verschiedenen Situationen. FIGS. 2a to c, the measurement result at three different situations.

Eine Sendeempfangseinrichtung 1 ist einer Wand 2 gegenüberliegend angeordnet und sendet einen Laserstrahl 3 aus. Die Sendeempfangseinrichtung 1 ist als Laserscanner ausgebildet, der in an sich bekannter Weise den Laserstrahl 3 nacheinander in festen Winkelabständen aussendet. Auf der Wand 2 sind die Lasermeßpunkte 4, die der Mitte des divergierenden Laserstrahls 3 entsprechen, dargestellt. Beispielsweise beginnt der Laserscanner 1 auf der in Fig. 1 linken Seite der Wand 2 und tastet diese nach rechts ab. A transceiver 1 is arranged opposite a wall 2 and emits a laser beam 3 . The transceiver 1 is designed as a laser scanner which, in a manner known per se, emits the laser beam 3 in succession at fixed angular intervals. The laser measuring points 4 , which correspond to the center of the diverging laser beam 3 , are shown on the wall 2 . For example, laser scanner 1 begins on the left side of wall 2 in FIG. 1 and scans it to the right.

In der rechten Hälfte von Fig. 1 ist vor der Wand 2 ein Objekt 5, beispielsweise ein Kraftfahrzeug dargestellt. Die Abtastpunkte 6 des Laserscanners 1 auf dem Objekt 5 sind ebenfalls eingezeichnet. In der dargestellten Ausrichtung des Laserstrahls 3 trifft dieser das Objekt 5 jedoch nur teilweise, während der andere Teil des Laserstrahls auf die dahinterliegende Wand 2 trifft. Dadurch wird ein Objekt an der mit 7 gekennzeichneten Stelle, als sogenannte Abrißkante bezeichnet, vorgespiegelt. In the right half of FIG. 1, an object 5 , for example a motor vehicle, is shown in front of the wall 2 . The scanning points 6 of the laser scanner 1 on the object 5 are also shown. In the illustrated alignment of the laser beam 3 , however, it only partially hits the object 5 , while the other part of the laser beam hits the wall 2 located behind it. As a result, an object is mirrored at the point labeled 7 , referred to as the tear-off edge.

Fig. 2 zeigt das Ergebnis dreier Messungen in unterschiedlichen Situationen, und zwar in einem Diagramm aufgetragen als Strahlintensität über der Zeit. Fig. 2a zeigt die Normalsituation bei Erfassen eines einzigen Objektes. Links im Diagramm ist der Startpuls P_s, rechts das Empfangsecho P_e eingetragen. Beide stimmen in ihrer Form überein. Lediglich die Intensität des Empfangsechos P_e ist etwas kleiner als diejenige des Startpulses P_s. Startzeit t_s und Empfangszeit t_e werden, wie dargestellt, jeweils durch die Mitte der Pulsbreite bei dem unteren Schwellwert S für die Intensität der Strahlung bestimmt. Das heißt, der jeweilige Zeitpunkt wird auf die Mitte des Zeitabschnittes festgelegt, der mit dem Überschreiten des Schwellwertes S beginnt und mit dem erneuten Unterschreiten des Schwellwertes S endet. Fig. 2 shows the result of three measurements in different situations, and plotted on a graph as a beam intensity over time. Fig. 2a shows the normal situation when detecting a single object. The start pulse P _{s is shown} on the left in the diagram, the reception echo P _{e is} entered on the right. Both have the same shape. Only the intensity of the reception echo P _e is slightly lower than that of the start pulse P _s . As shown, the start time t _s and reception time t _e are each determined by the center of the pulse width at the lower threshold value S for the intensity of the radiation. This means that the respective point in time is set to the middle of the time period that begins when the threshold value S is exceeded and ends when the threshold value S is again fallen below.

Fig. 2b zeigt die Situation bei gleichzeitigem Erfassen zweier Objekte durch den Laserstrahl, wobei die beiden Objekte einen verhältnismäßig großen Abstand zueinander aufweisen. Die beiden auf der rechten Seite des Diagramms dargestellten Empfangsechos P_e1, P_e2 sind deutlich voneinander getrennt, so daß zwei Meßwerte t_e1 und t_e2 erhalten werden, die jeweils einem der beiden Objekte zugeordnet werden können. Das heißt, hier besteht kein Problem bezüglich der Feststellung zweier verschiedener Objekte, die unmittelbar hintereinander liegen. FIG. 2b shows the situation with simultaneous acquisition of two objects by the laser beam, wherein the two objects comprise a relatively large distance from one another. The two reception _echoes P _e1 , P _e2 shown on the right side of the diagram are clearly separated from one another, so that two measured values t _e1 and t _e2 are obtained, which can each be assigned to one of the two objects. This means that there is no problem here with regard to the detection of two different objects which are located directly one behind the other.

Anders ist die Situation bei Fig. 2c. Hier liegen die beiden Objekte so nahe hintereinander, daß sich die Empfangsechos P_e1, P_e2 überlagern, wie rechts in Fig. 2c dargestellt ist. Der Empfänger stellt daher nur eine Empfangszeit t_e fest, die sich aus dem überlagerten Empfangsecho ergibt und zwischen der tatsächlichen Empfangszeit des ersten Echos P_e1 und des zweiten Echos P_e2 liegt. Die vom Empfänger festgestellte Empfangszeit t_e liegt dabei um so näher an der tatsächlichen Empfangszeit t_e1 des ersten Empfangsechos P_e1, je größer dessen Intensität im Vergleich zur Intensität des zweiten Empfansechos P_e2 ist, da dann die Mitte des Zeitabschnitts zwischen dem Überschreiten des Schwellwertes 5 und dem Wiederabfallen unter den Schwellwert S näher bei der tatsächlichen Empfangszeit t_e1 des ersten Empfangsechos P_e1 liegt. Das heißt, die festgestellte Empfangszeit t_e liegt um so näher bei der tatsächlichen Empfangszeit t_e1 des ersten Empfangsechos P_e1, je mehr von dem ausgesendeten Lichtstrahl auf das nähere Objekt fällt. Um so näher ist dann aber der Übergang zwischen dem näheren Objekt und dem ferneren Objekt am ferneren Objekt. Umgekehrt gilt das entsprechende. The situation is different in FIG. 2c. Here the two objects are so close to one another that the reception _echoes P _e1 , P _e2 overlap, as shown on the right in FIG. 2c. The receiver therefore only determines a reception time t _e which results from the superimposed reception echo and lies between the actual reception time of the first echo P _e1 and the second echo P _e2 . The reception time t _e determined by the receiver is the closer to the actual reception time t _{e1 of} the first reception echo P _e1 , the greater its intensity compared to the intensity of the second reception echo P _e2 , since then the middle of the time period between the threshold value being exceeded 5 and falling again below the threshold value S is closer to the actual reception time t _{e1 of} the first reception _echo P _e1 . This means that the determined reception time t _e is closer to the actual reception time t _{e1 of} the first reception _echo P _e1 , the more of the transmitted light beam falls on the closer object. The closer the transition between the closer object and the more distant object to the more distant object is. The opposite applies accordingly.

Aus diesem Zusammenhang kann die genaue Lage der Abrißkante 7 bzw. des Übergangs 8 zwischen den beiden Objekten 2, 5 bestimmt werden, wenn man annimmt, daß die Entfernungen der beiden Objekte 2, 5 am Übergang zwischen den beiden Objekten jeweils gleich groß ist wie im benachbarten Bereich, also in dem jeweiligen benachbarten Meßpunkt 4' bzw. 6'. Da die Intensität des Empfangechos P_e1, P_e2 zudem von der Reflektivität des jeweiligen Objektes 2, 5 abhängt, wird bevorzugt bei der Auswertung auch die in den Punkten 4' und 6' gemessene Reflektivität der Wand 2 beziehungsweise des Objektes 5 berücksichtigt. Wie man sieht, kann dadurch die Auflösung der Sendeempfangseinrichtung 1 verbessert werden, da der Ort des Übergangs 8 zwischen den Meßpunkten 4' und 6' bestimmt werden kann, deren Abstand der eigentlichen Auflösung entspricht. Bezugszeichenliste 1 Sendeempfangseinrichtung
2 Wand
3 Laserstrahl
4 Meßpunkt
4' Meßpunkt
5 Objekt
6 Meßpunkt
6' Meßpunkt
7 Abrißkante
8 Übergang
P_e Empfangspuls
P_e1 Empfangspuls
P_e2 Empfangspuls
P_s Startpuls
S unterer Schwellwert
t_e Empfangszeit
t_e1 Empfangszeit
t_e2 Empfangszeit
t_s Startzeit
From this context, the exact position of the tear-off edge 7 or the transition 8 between the two objects 2 , 5 can be determined if it is assumed that the distances of the two objects 2 , 5 at the transition between the two objects are each the same as in adjacent area, ie in the respective adjacent measuring point 4 'or 6 '. Since the intensity of the reception echo P _e1 , P _e2 also depends on the reflectivity of the respective object 2 , 5 , the reflectivity of the wall 2 or of the object 5 measured in points 4 ′ and 6 ′ is also preferably taken into account in the evaluation. As can be seen, the resolution of the transceiver 1 can thereby be improved since the location of the transition 8 between the measuring points 4 'and 6 ' can be determined, the distance between which corresponds to the actual resolution. REFERENCE SIGNS LIST 1 transceiver
2 wall
3 laser beam
4 measuring point
4 'measuring point
5 object
6 measuring point
6 'measuring point
7 tear-off edge
8 transition
P _e receive pulse
P _e1 receive _pulse
P _e2 receive pulse
P _s start pulse
S lower threshold
t _e reception time
t _e1 reception time
t _e2 reception time
t _s start time

Claims

1. A method for locating objects (5) in the space, in which from a transmitting device (1) of light, in particular laser beams (3) emitted in pulses and the light reflected from the objects (5) beam pulses by means of a receiving device (1) with a suitable sensor received and analyzed in terms of their transit time, the time of reception being determined in particular by the center of the pulse width at a lower threshold for the intensity of the received radiation, characterized in that the transit times of the radiation pulses are additionally analyzed with regard to their gradients and that If a gradient is determined which is greater than a limit value defined for this, the simultaneous detection of two objects ( 2 , 5 ) located one behind the other, a so-called tear-off edge ( 7 ), is signaled.

2. The method according to claim 1, characterized in that the exact position of the transition ( 8 ) from the first object ( 2 ) to the second object ( 5 ) is determined, in particular by comparing the measurement data of the so-called tear-off edge ( 7 ) with the measurement data of adjacent measurements become.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in addition to the transit time, the intensity of the reflected rays is measured and the reflectivity of the detected objects ( 2 , 5 ) is determined by comparison with the emitted intensity, and that the determined reflectivity of the objects ( 2 , 5 ) is taken into account when determining the position of the actual transition point ( 8 ) between the two objects ( 2 , 5 ).

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the determination of the position of the transition ( 8 ) takes place on the assumption that the distance and / or the reflectivity of the two objects ( 2 , 5 ) detected at the transition ( 8 ) of both objects ( 2 , 5 ) match the corresponding values of the measurement on the respective object ( 2 , 5 ) closest to the transition ( 8 ).

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the limit value for the transit time gradient is set separately for each measured value, in particular depending on the determined distance of the respective object ( 2 , 5 ) and / or its reflectivity.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in addition to the gradient of the transit time, further information, for example the development of the gradient from measurement to measurement or the change in the reflectivity of the detected objects ( 2 , 5 ), in the decision regarding the presence a tear-off edge ( 7 ) is taken into account.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the objects ( 2 , 5 ) are localized by means of a laser scanner or a so-called fixed-beam laser.

8. Device for localizing objects ( 2 , 5 ) in space with a transmitting device ( 1 ) for the pulsed emission of light, in particular laser beams, a receiving device ( 1 ) for receiving the beams reflected by an object ( 2 , 5 ) with a Suitable sensor and an evaluation unit for determining the transit time of the light beams, the time of reception being determined in particular by the center of the pulse width at a lower threshold value for the intensity of the received beams, in particular laser scanners or so-called fixed beam lasers, characterized in that additional means There are provided for analyzing the transit times of the radiation pulses with regard to their gradients and for signaling the detection of two objects ( 2 , 5 ) located one behind the other, a so-called tear-off edge ( 7 ) when a gradient is determined which is greater than a limit value defined therefor.

9. The device according to claim 8, characterized in that means are provided for determining the position of the transition ( 8 ) from the first object ( 2 ) to the second object ( 5 ), in particular means by which the measurement data on the tear-off edge ( 7 ) with the measurement data of neighboring measurements are comparable.

10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that additional means are provided by which the intensity of the reflected rays can be measured and by which the reflectivity of the detected objects ( 2 , 5 ) can be determined by comparison with the emitted intensity, and that the means for determining the position of the transition ( 8 ) between the two objects ( 2 , 5 ) are designed to take into account the determined reflectivity of the detected objects ( 2 , 5 ).

11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that means are provided for determining the limit value for the transit time gradient separately for each measured value, in particular depending on the determined distance of the respective object ( 2 , 5 ) and / or its reflectivity ,

12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that additional means are provided by which further information, for example the development of the gradient from measurement to measurement or the change in the reflectivity of the detected objects ( 2 , 5 ), in which Decision regarding the presence of a tear-off edge ( 7 ) can be taken into account.