Messgenauigkeit beim 3D-Flash-Lidar

Die Geschwindigkeit, mit der die Umfelderfassung durch einen Lasersensor erfolgen kann, ist für hochautomatisiertes Fahren und andere Anwendungen entscheidend. Das für die Entfernungsbestimmung verwendete laufzeitbasierte Verfahren zeigt Bild 2. Die Zeit, die benötigt wird, um das gesamte Umfeld zu erfassen, ist entscheidend, um bewegte Objekte zuverlässig zu erkennen und zu verfolgen. Das 3D-Flash-Lidar sendet 30 einzelne Pulse pro Sekunde, was in 30 Bildern pro Sekunde resultiert. Der einzelne Puls dauert etwa 4 ns. Für den Hin- und Rückweg des Laserpulses zu einem 200 m entfernten Objekt benötigt das Laserlicht somit nur zirka 1,32 ms. In dieser Zeit wird das gesamte Umfeld innerhalb von 200 m erfasst, was eine sehr genaue Objektlokalisierung ermöglicht, ohne dass es bei hoher Fahrgeschwindigkeit zu Bildverzerrungen kommt.

Bild 3: Erkennung von Objekten mit geringem Reflexionsgrad; oben das Bild der Monokamera, unten das Bild des 3D-Flash-Lidars.

Bild 3: Erkennung von Objekten mit geringem Reflexionsgrad; oben das Bild der Monokamera, unten das Bild des 3D-Flash-Lidars. (Tipp: zum Vergrößern auf das Bild klicken) Continental

Da der Kamerasensor nur kurz Millisekunden geöffnet wird, beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass es zu Störsignalen durch andere Laserquellen kommt, lediglich 1:42.000 für das Einzelbild. Dass zwei im Abstand von 33 ms aufeinander folgende Bilder gestört werden, ist mathematisch so unwahrscheinlich, dass dies für den realen Straßenverkehr ohne Bedeutung ist.

Die 3D-Flash-Lidar-Kameras von Continental, die ohne bewegliche Mechanik auskommen, bieten eine Messgenauigkeit, die allen anderen, auf mechanischen Scannern basierenden Lidar-Systemen für moderne Fahrerassistenzsystem überlegen sind.

Ergebnisse aus Fahrversuchen

Continental entwickelt die 3D-Flash-Lidar-Kameras zur Serienreife. In diesem Rahmen finden zahlreiche Fahrversuche mit Prototypen statt, die die Leistungsfähigkeit und die speziellen Fähigkeiten des Sensorprinzips untermauern. Der Schwerpunkt liegt auf der Erkennung von Fahrsituationen, die mithilfe bislang verfügbarer Sensoren schwer oder gar nicht aufzunehmen sind.

Bild 4a: Wiedergabe einer Situation bei Nebel; hier das Bild der Monokamera 3D-Flash-Lidar Continental

Bild 4a: Wiedergabe einer Situation bei Nebel; hier das Bild der Monokamera… Continental

Eine entscheidende Voraussetzung für hochautomatisiertes Fahren ist die Fähigkeit, das Fahrzeug jederzeit in einem sicheren Zustand zu halten. Dazu gehört eine sichere Freiraumerkennung, das Umfahren statischer Objekte sowie das Verfolgen von Objekten, die eine potenzielle Gefahr darstellen, um sowohl im regulären Fahrbetrieb als auch in Notsituationen stets die vorhandenen Handlungsoptionen zu kennen. 3D-Flash-Lidar-Kameras sind in einer Fülle von Fahrsituationen anderen Lidar-Sensorprinzipien überlegen.

Situation 1: Es befindet sich ein größerer Gegenstand mit geringem Reflexionsgrad – zum Beispiel ein Lkw-Reifen – auf einer markierten und ansonsten freien Fahrbahn. Wie bei jedem lichtbasierten Messverfahren ist es wichtig, die Oberfläche eines Objekts zuverlässig zu beleuchten, selbst wenn diese wenig Licht reflektiert. Ein 3D-Flash-Lidar ermöglicht es, einen Gegenstand mit einem Reflexionsgrad von nur zehn Prozent auf eine Entfernung von mehr als 100 m sicher zu erkennen (Bild 3). Der Reflexionsgrad lässt sich mit standardisierten und kalibrierten Messverfahren nachweisen und eignet sich daher nach Ansicht von Continental als Kriterium für die Erstellung eines Lastenheftes, das die Kundenerwartung spiegelt.

Bild 4b: ... und hier das Bild des 3D-Flash-Lidars bei einer Situation im Nebel.

Bild 4b: … und hier das Bild des 3D-Flash-Lidars bei einer Situation im Nebel. Continental

Situation 2: Starker Nebel beeinträchtigt die Sicht in einer komplexen Verkehrssituation. Bei Nebel und anderen Formen der Sichtbeeinträchtigung ist das 3D-Flash-Lidar-Verfahren anderen Laser- sowie Kameraverfahren überlegen. Ein sehr kurzer Laserpuls, der sich aufgrund des speziell entwickelten Diffusors gleichmäßig durch den Raum bewegt, durchdringt Nebel, Dunst, Rauch und Regen (Bild 4). Die im Vergleich zu sichtbarem Licht größere Wellenlänge von 1064 nm erhöht zudem die Wahrscheinlichkeit, nicht mit einzelnen Tröpfchen zu interagieren, während Retroreflektoren wie Spurmarkierungen oder Kfz-Kennzeichen sowie andere Objekten sie reflektieren.

 

Wann kommen 3D-Flash-Lidar-Systeme auf den Markt und wie geht es weiter? Antworten hierauf finden Sie im letzten Teil dieses Beitrags auf der nächsten Seite.

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