Titel

Multipuls-Lidarsystem und Verfahren zur Erfassung eines Objekts in einem

Beobachtungsbereich

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Multipuls-Lidarsystem zur Erfassung wenigstens eines Objektes in einem Beobachtungsbereich und ein Verfahren zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich mithilfe eines Multipuls-Lidarsystems.

Stand der Technik

Die DE 10 2017223 102 Al offenbart ein Multipuls-Lidarsystem zur Erfassung von Objekten in einem Beobachtungsbereich umfassend: eine Sendeeinrichtung mit wenigstens einer Laserquelle zum Erzeugen eines Sendelaserstrahls aus einer zeitlichen Abfolge von Einzellaserpulsen, welche jeweils einen auf einen Teil des Beobachtungsbereichs begrenzten Raumwinkel beleuchten, und in wenigstens einen Abtastpunkt abtasten; eine Empfangseinrichtung mit einer Detektionsfläche umfassend eine zeilen- oder matrixförmige Subdetektoranordnung aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordneten Subdetektoren zum Empfangen des an Objekten im Beobachtungsbereich des Multipuls-Lidarsystems reflektieren und/oder gestreuten Sendelaserstrahls in Form eines Empfangslaserstrahls, wobei die Empfangseinrichtung ausgebildet ist, einen vom Sendelaserstrahl erfassten Abtastpunkt auf der Detektionsfläche in Form eines Bildpunkts abzubilden; eine Scaneinrichtung zum Erzeugen einer Scanbewegung des Sendelaserstrahls in einer Scanrichtung zu einer sukzessiven Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs entlang mehrerer in der Scanrichtung aufeinanderfolgenden Abtastpunkte, wobei die Scanbewegung des Sendelaserstrahls ausgebildet ist, einen Bildpunkt bei zeitlich nacheinander folgenden Einzellaserpulsen jeweils entlang der zeilen- oder matrixförmigen Subdetektoranordnung verschoben auf der Detektionsfläche abzubilden; und eine Steuereinrichtung zum Bestimmen von Entfernungsinformationen der Abtastpunkte anhand von Laufzeiten der jeweiligen Einzellaserpulse, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, Subdetektoren, welche von einem auf der Detektionsfläche aktuell abgebildeten Bildpunkt erfasst werden, zur gemeinsamen Auswertung zu einem dem jeweiligen Bildpunkt individuell zugeordneten Makro-Pixels zu gruppieren.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Multipuls-Lidarsystem zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich. Das Multipuls-Lidarsystem umfasst eine Sendeeinrichtung mit wenigstens einer Laserquelle zum Erzeugen eines Sendelaserstrahls aus einer zeitlichen Abfolge von mindestens zwei Einzellaserpulsen, welche jeweils einen auf einen Teil des Beobachtungsbereichs begrenzten Erfassungsbereich beleuchten, eine Empfangseinrichtung mit einer Detektionsfläche umfassend eine zeilen- oder matrixförmige Subdetektoranordnung aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordneten Subdetektoren zum Empfangen des am Objekt im Beobachtungsbereich des Multipuls-Lidarsystems reflektierten und/oder gestreuten Sendelaserstrahls in Form eines Empfangslaserstrahls, wobei die Empfangseinrichtung ausgebildet ist, einen vom Sendelaserstrahl erfassten Erfassungsbereich auf der Detektionsfläche in Form eines Bildpunktes abzubilden. Das Multipuls-Lidarsystem umfasst weiterhin eine Scaneinrichtung zum Erzeugen einer Scanbewegung des Senderlaserstrahls und des Empfangslaserstrahls in einer Scanrichtung zu einer sukzessiven Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs entlang mehrerer in der Scanrichtung aufeinanderfolgender Erfassungsbereich und eine Steuereinrichtung zum Bestimmen von Entfernung Informationen der Erfassungsbereiche anhand von Laufzeiten der jeweiligen Einzellaserpulse. Die Steuereinrichtung ist hierbei dazu ausgebildet, einen Winkelbereich des Beobachtungsbereichs auszuwählen und für wenigstens einen ersten Einzellaserpuls, dass dem ein erster Erfassungsbereich beleuchtbar ist, Subdetektoren zur Auswertung zu einem ersten Makro-Pixel zu gruppieren; und für wenigstens einen zweiten Einzellaserpuls, mittels dem ein wenigstens zweiter Erfassungsbereich beleuchtbar ist, Subdetektoren zur Auswertung zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel zu gruppieren. Hierbei ist mittels der Subdetektoren des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels jeweils der ausgewählte Winkelbereich abbildbar und die Subdetektoren werden jeweils von einem auf der Detektionsfläche aktuell abgebildeten Bildpunkt erfasst.

Ein Multipuls-Lidarsystem ist ein Lidarsystem, bei dem ein Erfassungsbereich mittels mehrerer kurz hintereinander folgender Einzellaserpulse geringerer Leistung beleuchtet wird. Durch Aufsummieren der Einzelmessungen kann ein geeignetes Detektorsignal mit einem ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis erhalten werden. Im Gegensatz dazu kann ein Singlepuls-Lidarsystem jeden Erfassungsbereich mittels jeweils eines Einzellaserpulses abtasten. Hierfür sind jedoch Einzellaserpulse mit einer relativ hohen Laserleistung nötig, weshalb eine entsprechend leistungsfähige Laserquelle benötigt wird. Ein Multipuls- Lidarsystem hingegen kommt mit einer deutlich geringeren Laserleistung aus.

Das Multipuls-Lidarsystem kann unter anderem zur Erfassung von Objekten in der Umgebung von Ego- Fahrzeugen verwendet werden. Beim Scannen kann der Sendelaserstrahl dabei sukzessive entlang einer Scanrichtung bewegt werden, wobei die im Beobachtungsbereich befindlichen Objekte erfasst werden können. Eine relative Position eines erfassten Objekts in Bezug auf ein Ego- Fahrzeug kann dabei durch einen entsprechenden Winkel des Sendelaserstrahls und einer mittels Laufzeitmessung der Einzellaserpulse ermittelte Entfernungsinformation ermittelt werden.

Die Empfangseinrichtung mit der Detektionsfläche ist insbesondere als SPAD- Detektor ausgebildet. SPAD steht hierbei für Single Photon Avalanche Photodiode. Der SPAD-Detektor kann als Subdetektoren sogenannte SPAD- Zellen aufweisen. Eine zellenförmige Subdetektorandordnung umfasst mehrere in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordnete Subdetektoren. Eine matrixförmige Subdetektorandordnung umfasst mehrere in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordnete Subdetektoren und mehrere einer zweiten Erstreckungsrichtung hintereinander angeordnete Subdetektoren. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass trotz Verwendung mehrerer Pulse für eine Messung dieselbe laterale Auflösung erzielt werden kann, wie bei einem Einzelpuls-Lidarsystem, wobei die Trennfähigkeit von Objekten verbessert ist. Es kann eine bessere Trennfähigkeit von Objekten, insbesondere in horizontaler Richtung erreicht werden. Insbesondere kleinere Objekte, wie beispielsweise verlorene Frachtstücke, in größerer Reichweite, sprich größerer Entfernung vom Multipuls-Lidarsystem können besser erfasst werden. Es kann außerdem verhindert werden, dass viel störendes Hintergrundlicht die Messungen negativ beeinflusst. Die Komponenten des Multipuls-Lidarsystems können zudem einfach implementiert werden. Der Aufwand für die Auswertung der Messdaten, wie z. B. das Bestimmen der Entfernungsinformationen kann geringgehalten werden. Benötigter Speicherplatz und Rechenaufwand können minimal gehalten werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung weiterhin dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen zweiten Makro-Pixel unabhängig vom ersten Makro-Pixel zu gruppieren. Insbesondere sind Entfernungsinformationen anhand des zweiten Makro-Pixels unabhängig vom ersten Makro-Pixel bestimmbar. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, ein erstes Histogramm für das erste Makro- Pixel zu erstellen und auszuwerten, und ein zweites Histogramm für das zweite Makro-Pixel zu erstellen und auszuwerten, wobei das zweite Histogramm unabhängig vom ersten Histogramm erstellbar und auswertbar ist. Das zweite Histogramm kann ohne Berücksichtigung des ersten Histogramms erstellbar und auswertbar sein. Mit anderen Worten, das erste Histogramm wird nicht zwischengespeichert, sondern kann unberücksichtigt bleiben. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Aufwand für die Auswertung der Messdaten geringgehalten werden kann. Es wird wenig Speicherplatz und Rechenaufwand benötigt.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung mehrere Laserquellen umfasst, deren Erfassungsbereiche orthogonal zur Scanrichtung untereinander angeordnet sind. Dabei umfasst die Detektionsfläche für jede Laserquelle eine der jeweiligen Laserquelle individuell zugeordnete Subdetektoranordnung, wobei die Subdetektoranordnungen orthogonal zur Scanrichtung untereinander angeordnet sind. Hierdurch kann die vertikale Auflösung des Lidarsystems erhöht werden. Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich mithilfe eines Multipuls- Lidarsystems. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erzeugen eines Sendelaserstrahls in Form einer zeitlichen Abfolge von mindestens zwei Einzellaserpulsen, wobei der Sendelaserstrahl mit jedem einzelnen Laserpuls einen auf einen Teilabschnitt des Beobachtungsbereichs begrenzten Erfassungsbereich beleuchtet; Erzeugen einer Scanbewegung des Senderlaserstrahls und eines Empfangslaserstrahls in einer Scanrichtung, welche eine sukzessive Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs in mehreren in der Scanrichtung aufeinanderfolgenden Erfassungsbereichen bewirkt; Empfangen des durch Reflexion und/oder Streuung des Senderlaserstrahls am Objekt im Beobachtungsbereich erzeugten Empfangslaserstrahl auf einer Detektionsfläche mit einer zeilen-oder matrixförmigen Subdetektoranordnung aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordneten Subdetektoren, wobei ein vom Sendelaserstrahl aktuell erfasste Erfassungsbereich auf der Detektionsfläche in Form eines Bildpunktes abgebildet wird; Auswahl eines Winkelbereichs des Beobachtungsbereichs; Gruppieren von Subdetektoren für wenigstens einen ersten Einzellaserpuls, der einen ersten Erfassungsbereich beleuchtet, zu einem ersten Makro-Pixel, und Gruppieren von Subdetektoren für wenigstens einen zweiten Einzellaserpuls, der wenigstens einen zweiten Erfassungsbereich beleuchtet, zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel, wobei die Subdetektoren des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels jeweils den ausgewählten Winkelbereich abbilden und von einem auf der Detektionsfläche jeweils aktuell abgebildeten Bildpunkt erfasst werden; und Auswerten des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels zur Bestimmung von Entfernungsinformationen des ausgewählten Winkelbereichs anhand von Laufzeiten der jeweiligen Einzellaserpulse.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gruppieren von Subdetektoren zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel unabhängig von der Gruppierung von Subdetektoren zum ersten Makro-Pixel erfolgt. Insbesondere werden Entfernungsinformationen anhand des zweiten Makro-Pixels unabhängig vom ersten Makro-Pixel bestimmt. Insbesondere wird ein erstes Histogramm für den ersten Makro-Pixel erstellt und ausgewertet, und ein zweites Histogramm für den zweiten Makro-Pixel unabhängig vom ersten Histogramm erstellt und ausgewertet. Das zweite Histogramm kann ohne Berücksichtigung des ersten Histogramms erstellt und ausgewertet werden. Mit anderen Worten, das erste Histogramm wird nicht zwischengespeichert, sondern kann unberücksichtigt bleiben. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Aufwand für die Auswertung der Messdaten geringgehalten werden kann. Es wird wenig Speicherplatz und Rechenaufwand benötigt.

Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Computerprogramm, welches eingerichtet ist, alle Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.

Die Erfindung geht weiterhin aus von einem maschinenlesbaren Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.

Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen:

Figur 1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels des Multipuls-Lidarsystems;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines rotierenden Lidarsystems beim Scannen eines in seinem Beobachtungsbereich angeordneten Fahrzeuges;

Figur 3 Verdeutlichung der Gruppierung eines ersten und darauffolgender Makro- Pixel;

Figur 4-6 schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen

Lidarsystems zur Verdeutlichung des Abtastvorgangs eines Objektes mittels dreier aufeinander folgender Einzellaserpulse; Figur 7-9 eine schematische Darstellung eines Abtastvorgangs eines Objekts; Figur 10 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich.

Figur 1 zeigt beispielhaft ein Makro-Lidarsystem 100 mit einem rotierenden Sensorkopf 101, welcher über mehrere in unterschiedlichen Winkeln angeordnete Sende- und Empfangseinheiten verfügt, wobei im vorliegenden Beispiel lediglich die Sendeeinrichtung 110 dargestellt ist. Der Sensorkopf 101 führt dabei eine rotierende Scanbewegung 122 aus, wobei die Rotationsachse 102 im vorliegenden Beispiel parallel zur Z-Achse verläuft. Bei dieser Anordnung wird die horizontale Bildauflösung des Lidarsystems durch die Rotationsbewegung und die Messrate bestimmt. Hingegen wird die vertikale Bildauflösung durch die Anzahl und den jeweiligen Winkelabstand der Empfangseinheiten definiert. Der Sensorkopf 101 führt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine vollständige Drehung von 360° aus. Für jede Ausführungsform kann die Scanbewegung jedoch auch auf einen definierten Winkelbereich eingeschränkt sein.

Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Makro-Lidarsystems 100 aus Figur 1 während eines Scanvorgangs, bei dem ein im Beobachtungsbereich 300 des Lidarsystems 100 angeordnetes Objekt 400 (im vorliegenden Fall ein Fahrzeug) mittels einer Laserstrahlung 200 abgetastet wird. Das Lidarsystem 100 weist einen rotierenden Sensorkopf 101 auf, welcher eine Sendeeinrichtung 110 mit wenigstens einer Laserquelle 111 sowie eine Empfangseinrichtung 140 mit einer Detektionsfläche 141 umfasst. Die Detektionsfläche 141 umfasst pro Laserquelle eine zeilen- oder matrixförmige Subdetektoranordnung 143 aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung 144 nebeneinander angeordneten Subdetektoren 142n. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Figur 2 lediglich eine zellenförmige Subdetektoranordnung 143 mit lediglich drei Subdetektoren 142n dargestellt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Sensorkopf 101 ferner eine optische Abbildungseinrichtung 150. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein oder mehrere optische Linsenelemente handeln, mit deren Hilfe die Laserstrahlen 210, 220 in gewünschter Weise geformt werden. Ferner kann der Sensorkopf 101, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall, einen Strahlenteiler 121 zum Überlagern bzw. Trennen der Sende- und Empfangslaserstrahlen 210, 220 aufweisen. Ein solcher optischer Strahlenteiler 121 kann beispielsweise in Form eines teildurchlässigen Spiegels ausgebildet sein.

Wie die Figur 2 ferner zeigt, umfasst das Lidarsystem 100 typischerweise auch eine Steuereinrichtung 130 zum Steuern der Sende- und Empfangseinrichtungen 110, 140. Die Steuereinrichtung 130 umfasst im vorliegenden Beispiel auch eine Messeinrichtung zum Ermitteln der Laufzeiten der emittierten und wieder empfangenen Einzellaserpulse sowie eine Auswerteeinrichtung zum Ermitteln von Entfernungsinformationen der Abtastpunkte anhand der gemessenen Laufzeiten. Je nach Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 130 oder einzelne ihrer Komponenten außerhalb des Sensorkopfes 101 angeordnet und mittels entsprechender Signal- und Datenleitungen mit den jeweiligen Einrichtungen in dem Sensorkopf 101 verbunden sein. Alternativ hierzu können die Steuereinrichtung 130 oder auch einzelne ihrer Komponenten innerhalb des Sensorkopfes 101 untergebracht sein.

Im Betrieb des Lidarsystems 100 erzeugt jede Laserquelle der Sendeeinrichtung 110 einen eigenen Sendelaserstrahl 210 in Form einer zeitlichen Abfolge kurzer Einzellaserpulse. Der Sendelaserstrahl 210 beleuchtet dabei mit jedem Einzellaserpuls einen den Erfassungsbereich 310 des jeweiligen Einzellaserpulses definierenden Raumwinkel, welcher typischerweise nur einen relativ kleinen Ausschnitt des gesamten Beobachtungsbereichs 300 des Lidarsystems 100 darstellt. Erst durch die rotierende Scanbewegung 122 und die damit einhergehende sukzessive Verschiebung der Erfassungsbereiche 310 aufeinander folgender Einzellaserpulse wird eine Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs 300 erzielt. In der Figur 2 ist beispielhaft eine Mess- Sequenz mit drei zeitlich nacheinander emittierten Einzellaserpulsen sowie ihren jeweiligen Erfassungsbereichen 310-1 bis 310-3 dargestellt. Die Erfassungsbereiche 310-1 bis 310-3 sind dabei mittels einer gestrichelten Linie gezeichnet. Die Erfassungsbereiche 310-1 bis 310-3 des Sendelaserstrahls 210 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel kreisförmig dargestellt. Je nach Anwendung kann der Querschnitt des Sendelaserstrahls 210, welcher die Form eines Erfassungsbereichs 310 definiert, jedoch auch anders gestaltet sein, beispielsweise elliptisch oder annähernd quadratisch oder rechteckig. Aufgrund der Scanbewegung 122 des Sensorkopfes 101 werden die einzelnen Einzellaserpulse unter verschiedenen Winkeln emittiert, so dass der Sendelaserstrahl 210 mit seinem jeweils aktuellen Erfassungsbereich 310 in vorgegebenen Winkelschritten über das jeweils abgetastete Objekt 400 wandert.

Wie in der Figur 2 gezeigt ist, wird der an dem Objekt 400 reflektierte bzw. von dem Objekt 400 zurück gestreute Sendelaserstrahl 210 in Form eines Empfangslaserstrahls 220 im Sensorkopf 101 empfangen und auf die Detektionsfläche 141 abgebildet. Infolge der Scanbewegung 122 wird ein aktueller Erfassungsbereich 310, bei aufeinander folgenden Laserpulsen jeweils um einen definierten Abstand verschoben auf der Detektionsfläche 141 abgebildet.

Die Figur 3 zeigt ein Zeitdiagramm, mit dem die Gruppierung eines ersten und darauffolgender Makro-Pixel verdeutlicht wird. Im Unterschied zur Figur 2 weist die Detektionsfläche 141 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine matrixförmige Subdetektoranordnung 143 auf, welche in einer ersten Erstreckungsrichtung 144 insgesamt 21 nebeneinander angeordnete Subdetektoren 142 i , j und in einer zweiten Erstreckungsrichtung 145 insgesamt acht hintereinander angeordnete Subdetektoren 142i,j umfasst. Sollen Entfernungsinformationen aus einem bestimmten Winkelbereich 307 des Beobachtungsbereichs 300 erfasst werden, so wird dieser Winkelbereich 307 zunächst ausgewählt. Beispielsweise könnte dieser Winkelbereich 307, oder in anderen Worten dieser Raumwinkel, den Erfassungsbereich 310-1 aus Figur 2 definieren. Die mittleren Subdetektoren 142i,j der Subdetektoranordnung 143, welche beispielhaft zwischen den mit der Klammer 307 markierten zwei senkrechten Linien dargestellt sind, sind im vorliegenden Beispiel dazu ausgebildet, den ausgewählten Winkelbereich 307 abzubilden.

Mittels eines ersten Einzellaserpulses wird nun ein erster Erfassungsbereich 310 _n beleuchtet. Ein an einem Objekt reflektierter bzw. von dem Objekt zurück gestreuter Sendelaserstrahl wird zum Zeitpunkt 301 in Form eines Empfangslaserstrahls empfangen und als Bildpunkt 230 _n auf die Detektionsfläche 141 abgebildet. Die unterste Subdetektoranordnung 143 verdeutlicht, welche der Subdetektoren 142i,j, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden zum Zeitpunkt 301 jeweils von einem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst werden. Dies sind die dunkel schraffierten Subdetektoren 142i,j-A. Die rechts neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-B sind zwar auch dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden zum Zeitpunkt 301 jedoch nicht von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst.

Die heller schraffierten Subdetektoren 142i,j-C, welche zum Zeitpunkt 301 links neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordnet sind, werden zwar von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst, sind jedoch nicht dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden. Die Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem ersten Makro-Pixel 160 _n gruppiert. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem ersten Makro-Pixel 160-1 zugeordneten Histogramm zugewiesen.

Mittels eines zweiten Einzellaserpulses wird anschließend ein zweiter Erfassungsbereich 310 _n beleuchtet. Ein an einem Objekt reflektierter bzw. von dem Objekt zurück gestreuter Sendelaserstrahl wird zum Zeitpunkt 302 in Form eines Empfangslaserstrahls empfangen und als Bildpunkt 230 _n auf die Detektionsfläche 141 abgebildet. Die zweite Subdetektoranordnung 143 von unten verdeutlicht, welche der Subdetektoren 142i,j, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden zum Zeitpunkt 302 jeweils von einem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst werden. Dies sind wiederrum die dunkel schraffierten Subdetektoren 142i,j-A. Wie für den Zeitpunkt 301 beschrieben wurde, werden auch für den Zeitpunkt 302 die dunkel schraffierten Subdetektoren nun zu einem zweiten Makropixel 160-2 gruppiert. Hierbei wird der zweite Makro-Pixel 160-2 unabhängig vom ersten Makro-Pixel 160-1 gruppiert. Die Signale der für den Zeitpunkt 302 gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem zweiten Makro-Pixel 160-2 zugeordneten Histogramm zugewiesen. Das zweite Histogramm wird hierbei unabhängig vom Histogramm des ersten Makro-Pixels 160-1 erstellt und ausgewertet. Der Aufwand für die Auswertung der Messdaten kann hierdurch gering gehalten werden. Gleiches gilt für die Zeitpunkte 303 bis 306. Der Übersicht halber sind neben dem Zeitpunkt 301 nur für den Zeitpunkt 306 die Subdetektoren 142i,j-A, 142 i , j - B und 142i,j-C, sowie der Bildpunkt 230 _n und der sechste Makro-Pixel 160-6 markiert.

Figur 3 zeigt hierbei, wie durch eine Scanbewegung in der Scanrichtung 123, durch die eine sukzessiven Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs entlang mehrerer in der Scanrichtung 123 aufeinanderfolgender Erfassungsbereiche 310 _n ermöglicht wird, der Eindruck entsteht, dass der Bildpunkt 230 _n über die Subdetektoranordnung 143 wandert. Gleichzeitig entsteht auch der Eindruck, dass die Makropixel 160 _n über die Subdetektoranordnung 143, wobei sie gleichzeitig ihre Größe ändern. Die Anzahl der Subdetektoren 142i,j-A, welche für die Gruppierung zu den einzelnen Makropixeln 160 _n verwendet werden können, unterscheidet sich je nach Zeitpunkt 301 bis 306. So nimmt die Anzahl vom Zeitpunkt 301 zum Zeitpunkt 303 zu. Zum Zeitpunkt 303 werden beispielsweise alle Subdetektoren 142i,j, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden, von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst. Zu diesem Zeitpunkt entspricht der Erfassungsbereich 310 _n dem Winkelbereich 307. Der Erfassungsbereich 310 _n liegt genau im Winkelbereich 307. Zu diesem Zeitpunkt können in diesem Beispiel alle Subdetektoren 142i,j, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden, zum dritten Makro-Pixel 160-3 gruppiert werden. Vom Zeitpunkt 303 bis zum Zeitpunkt 306 nimmt die Anzahl der Subdetektoren 142i,j-A wieder ab.

Die Figuren 4 bis 6 zeigen schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Lidarsystems zur Verdeutlichung des Abtastvorgangs eines Objektes mittels dreier aufeinander folgender Einzellaserpulse. Hierzu zeigen die Figuren 4 bis 6 die bereits in der Figur 2 gezeigte kurze Scansequenz, welche die Abtastung des Fahrzeugs 400 mittels dreier Einzellaserpulse umfasst. Die Figur 4 zeigt dabei eine erste Einzelmessung, bei der das Fahrzeug 400 mittels eines ersten Einzellaserpulses beleuchtet wird. Dieser erste Einzellaserpuls beleuchtet hierbei einen auf einen Teil des Beobachtungsbereichs 300 begrenzten ersten Erfassungsbereich 310-1. Für die in den Figuren 4 bis 6 beispielhaft gezeigte Scansequenz entspricht der Erfassungsbereich 310-1 dem ausgewählten Winkelbereich 307. Der in Figur 4 vom Sendelaserstrahl 210 erfasste erste Erfassungsbereich 310-1 wird auf der Detektionsfläche 141 in Form eines Bildpunkts 230 _n abgebildet. Der Bildpunkt 230 _n beleuchtet dabei insgesamt 64 der Subdetektoren 142i,j der matrixförmigen Subdetektoranordnung 143, welche in Figur 4 als die dunkel schraffierten Subdetektoren 142i,j-A markiert sind. Der erste Erfassungsbereich 310-1 liegt für die erste Einzelmessung komplett in einem ausgewählten Winkelbereich 307 des Beobachtungsbereichs 300. Mittels aller vom Bildpunkt beleuchteten Subdetektoren 142i,j-A ist somit der ausgewählte Winkelbereich 307 abbildbar. Die Subdetektoren 142i,j-A werden zur Auswertung zu einem ersten Makro-Pixel 160 _n gruppiert. Dieser erste Makro- Pixel 160 _n umfasst somit die Subdetektoren 142i,j-A, welche von einem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst werden. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem ersten Makro-Pixel 160 _n zugeordneten Histogramm 170 _n zugewiesen.

Bei dem in der Figur 5 gezeigten Verfahrensstand ist der Sendelaserstrahl 210 infolge der Scanbewegung 122 in Scanrichtung 123 weitergewandert. Der aktuelle emittierte zweite Einzellaserpuls weist daher einen um einen bestimmten Winkelbetrag in Scanrichtung 123 verschobenen Erfassungsbereich 310-2 auf. Infolge dessen verschiebt sich auch die Position des ersten Bildpunkts 230 _n auf der Detektionsfläche 141 um einen definierten Betrag. Die Verschiebung des Bildpunkts 230 _n hängt dabei unmittelbar von den Abbildungseigenschaften der optischen Komponenten sowie der jeweiligen Winkeldifferenz zwischen den Einzelmessungen und damit von der Scangeschwindigkeit und der Messrate ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind diese Parameter so aufeinander abgestimmt, dass der Bildpunkts 230 _n bei nachfolgenden Einzelmessungen auf der Detektionsfläche jeweils um eine Strecke verschoben abgebildet wird, welche möglichst exakt der lateralen Breite der Subdetektoren 142i,j entspricht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Subdetektoren 142i,j-A stets eindeutig einem der Makro-Pixel 160 _n zugeordnet werden können. Dies gilt auch für Ausführungsformen, bei denen die Schritte, mit denen die Bildpunkte 230 _n bei nachfolgenden Einzelmessungen verschoben auf der Detektionsfläche abgebildet werden, einem ganzzahligen Vielfachen der lateralen Breite der Subdetektoren 142i,j betragen. Abhängig von der jeweiligen Anwendung können die entsprechenden Parameter des Lidarsystems jedoch auch so ausfallen, dass die Schritte, mit denen die Bildpunkte bei nachfolgenden Einzelmessungen verschoben auf der Detektionsfläche abgebildet werden, jeweils einem Bruchteil der lateralen Breite der Subdetektoren betragen. Darüber hinaus können auch Lidarsysteme realisiert werden, bei denen die Verschiebung der Bildpunkte 230 _n auf der Detektionsfläche in keinem rationalen Verhältnis zu der lateralen Breite der Subdetektoren 142 i J steht.

Der in Figur 5 vom Sendelaserstrahl 210 erfasste erste Erfassungsbereich 310-2 wird auf der Detektionsfläche 141 in Form eines Bildpunkts 230 _n abgebildet. Der Bildpunkt 230 _n beleuchtet dabei insgesamt 64 der Subdetektoren 142i,j der matrixförmigen Subdetektoranordnung 143. Jedoch liegt der zweite Erfassungsbereich 310-2 für die zweite Einzelmessung nicht mehr komplett im ausgewählten Winkelbereich 307 des Beobachtungsbereichs 300. Nur noch die 56 Subdetektoren 142i,j-A, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst. Die heller schraffierten Subdetektoren 142i,j-C, welche in Figur 5 rechts neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordnet sind, werden zwar von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst, sind jedoch nicht dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden. Die links neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-B sind zwar dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden aktuell jedoch nicht von dem auf der Detektionsfläche 141 abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst. Die Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem zweiten Makro-Pixel 160 _n gruppiert. Der zweite Makro-Pixel 160 _n umfasst entsprechend nur noch Informationen aus dem Teilbereich 308 des ausgewählten Winkelbereichs 307. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem zweiten Makro-Pixel 160 _n zugeordneten zweiten Histogramm 170 _n zugewiesen. Das zweite Histogramm 170 _n wird hierbei unabhängig vom Histogramm des ersten Makro-Pixels erstellt und ausgewertet.

Die Figur 6 zeigt einen Verfahrensstand während einer dritten Einzelmessung, welche nach der in Figur 5 dargestellten zweiten Einzelmessung folgt. Hierbei ist der Sendelaserstrahl infolge der Scanbewegung um einen weiteren Winkelbetrag nach rechts gewandert, so dass der zugehörigen Erfassungsbereich 310-3 nunmehr um einen weiteren Betrag gegenüber der in der Figur 4 gezeigten ersten Einzelmessung gewandert ist. Infolge dessen verschiebt sich auch die Position des aktuellen Bildpunkts 230 _n auf der Detektionsfläche 141 um einen definierten Betrag. Die Verschiebung beträgt gegenüber der Situation aus Figur 5 dem zweifachen der lateralen Breite der Subdetektoren 142i,j. Der aktuelle Bildpunkt 230 _n beleuchtet dabei insgesamt 64 der Subdetektoren 142i,j der matrixförmigen Subdetektoranordnung 143. Jedoch liegt der dritte Erfassungsbereich 310-3 für die dritte Einzelmessung noch weniger im ausgewählten Winkelbereich 307 des Beobachtungsbereichs 300. Nur noch die 40 Subdetektoren 142i,j-A, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst. Die heller schraffierten Subdetektoren 142i,j-C, welche in Figur 6 rechts neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordnet sind, werden zwar von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst, sind jedoch nicht dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden. Die links neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-B sind zwar dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden aktuell jedoch nicht von dem auf der Detektionsfläche 141 abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst. Die Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem dritten Makro-Pixel 160 _n gruppiert. Der dritte Makro-Pixel 160 _n umfasst entsprechend nur noch Informationen aus dem Teilbereich 309 des ausgewählten Winkelbereichs 307. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem dritten Makro-Pixel 160 _n zugeordneten Histogramm 170 _n zugewiesen. Das dritte Histogramm 170 _n wird hierbei unabhängig vom Histogramm des ersten Makro-Pixels und unabhängig vom Histogramm des zweiten Makro-Pixels erstellt und ausgewertet.

Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine schematische Darstellung eines Abtastvorgangs eines in einem ausgewählten Winkelbereichs 307 befindlichen Objekts 400. Es wird der Zusammenhang zwischen der rotierenden Scanbewegung und der Verschiebung der Makropixel 160 _n über die Detektionsfläche 141 der Subdetektoranordnung 143 und die gleichzeitig veränderliche Größe der Makro- Pixel 160 _n verdeutlicht. Hierzu zeigen die Figuren 7 bis 9 eine drei Einzelmessungen umfassende Sequenz des Scanvorgangs. Dargestellt ist jeweils eine vereinfachte Ausführungsform des Sensorkopfes 101, wobei die Laserstrahlen 235 ohne Umlenkung durch einen Strahlenteiler mittels einer optischen Abbildungseinrichtung 150 direkt auf die Detektionsfläche 141 abgebildet werden. Der emittierte Sendelaserstrahl 210 erfasst ein im ausgewählten Winkelbereich 307 befindliches Objekt 400. Der Sendelaserstrahl 210 wird am Objekt 400 zurück reflektiert und in Form eines Empfangslaserstrahls vom Sensorkopf 101 des Lidarsystems 100 wieder empfangen. Es wird ein Bildpunkts 230 _n auf der Detektionsfläche 141 abgebildet. Zur besseren Veranschaulichung ist die Detektionsfläche 141, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zweidimensionale Subdetektoranordnung 143 in Form einer 12*8-Matrix ausgebildet ist, sowohl in der Seitenansicht als auch in einer Draufsicht dargestellt. Im vorliegenden Beispiel wird der Bildpunkt 230 _n bei jeder der in den Figuren 7 bis 9 gezeigten Einzelmessungen auf einem mittleren Bereich der Subdetektoranordnung 143 abgebildet. Dieser Bereich ist mittels des dicken Rands markiert. Beispielswiese sind nur die in diesem Bildpunkt 230 _n angeordneten Subdetektoren 142i,j aktiviert.

Figur 7 zeigt für die erste Einzelmessung, welche der Subdetektoren 142 i ,j , die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden, von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst werden. Dies sind die acht Subdetektoren 142i,j-A. Die acht links neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-B sind zwar auch dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden bei der ersten Einzelmessung jedoch nicht von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst. Die Subdetektoren 142i,j-B sind beispielsweise aktuell nicht aktiviert. Die acht rechts neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-C werden zwar von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst, sind jedoch nicht dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden. Die acht Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem ersten Makro- Pixel 160 _n gruppiert. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem ersten Makro-Pixel 160 _n zugeordneten Histogramm zugewiesen.

Die Figur 8 zeigt die Anordnung aus Figur 7 bei der anschließenden zweiten Einzelmessung. Dabei ist der Sendelaserstrahl 210 infolge der Scanbewegung 122 in Scanrichtung 123 weitergewandert. In Figur 8 sind die 16 Subdetektoren 142i,j-A dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden und werden von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst. Die 16 Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem zweiten Makro-Pixel 160 _n gruppiert. Das zweite Makro-Pixel 160 _n wird unabhängig vom ersten Makropixel gruppiert. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem zweiten Makro-Pixel 160 _n zugeordneten Histogramm zugewiesen. Der zweite Makro-Pixel 160 _n ist somit in Scanrichtung 123 verschoben und ist größer, sprich umfasst eine höhere Anzahl Subdetektoren 142i,j-A, als der erste Makro-Pixel 160 _n . Das zweite Histogramm wird unabhängig vom Histogramm des ersten Makro-Pixels erstellt und ausgewertet.

Die Figur 9 zeigt die Anordnung aus den Figuren 7 und 8 bei der anschließenden dritten Einzelmessung. Dabei ist der Sendelaserstrahl 210 infolge der Scanbewegung 122 in Scanrichtung 123 weitergewandert. In Figur 9 sind die acht Subdetektoren 142i,j-A dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden und werden von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst. Die acht rechts neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-B sind zwar auch dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden bei der dritten Einzelmessung jedoch nicht von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst. Die Subdetektoren 142i,j-B sind beispielsweise aktuell nicht aktiviert. Die acht links neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-C werden zwar von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230 _n erfasst, sind jedoch nicht dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden. Die acht Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem dritten Makro-Pixel 160 _n gruppiert. Das dritte Makro-Pixel 160 _n wird unabhängig vom ersten Makropixel und auch unabhängig vom zweiten Makro-Pixel gruppiert. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem dritten Makro-Pixel 160 _n zugeordneten Histogramm zugewiesen. Der dritte Makro-Pixel 160 _n ist somit in Scanrichtung 123 verschoben und ist kleiner, sprich umfasst eine geringere Anzahl Subdetektoren 142i,j-A, als der zweite Makro-Pixel 160 _n . Das dritte Histogramm wird unabhängig vom Histogramm des ersten Makro- Pixels und auch unabhängig vom Histogramm des zweiten Makro-Pixels erstellt und ausgewertet.

Die Figur 10 zeigt noch einmal zusammengefasst ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens 1000 zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich mithilfe eines Multipuls-Lidarsystems. Das Verfahren 1000 startet im Schritt 1001. Es umfasst die weiteren Schritte: Erzeugen 1002 eines Sendelaserstrahls in Form einer zeitlichen Abfolge von Einzellaserpulsen, wobei der Sendelaserstrahl mit jedem Einzellaserpuls einen auf einen Teilabschnitt des Beobachtungsbereichs begrenzten Erfassungsbereich beleuchtet; Erzeugen 1003 einer Scanbewegung des Sendelaserstrahls in einer Scanrichtung, welche eine sukzessive Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs in mehreren in der Scanrichtung aufeinanderfolgenden Erfassungsbereichen bewirkt;

Empfangen 1004 eines durch Reflexion und/oder Streuung des Sendelaserstrahls am Objekt im Beobachtungsbereich erzeugten Empfangslaserstrahls auf einer Detektionsfläche mit einer zeilen- oder matrixförmigen Subdetektoranordnung aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordneten Subdetektoren, wobei ein vom Sendelaserstrahl aktuell erfasster Erfassungsbereich auf der Detektionsfläche in Form eines Bildpunkts abgebildet wird; Auswahl 1005 eines Winkelbereichs des Beobachtungsbereichs; Gruppieren 1006 von Subdetektoren für wenigstens einen ersten Einzellaserpuls, der einen ersten Erfassungsbereich beleuchtet, zu einem ersten Makro-Pixel, und Gruppieren 1007 von Subdetektoren für wenigstens einen zweiten Einzellaserpuls, der wenigstens einen zweiten Erfassungsbereich beleuchtet, zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel, wobei die Subdetektoren des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels jeweils den ausgewählten Winkelbereich abbilden und von einem auf der Detektionsfläche jeweils aktuell abgebildeten Bildpunkt erfasst werden; und Auswerten 1008 des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels zur Bestimmung von Entfernungsinformationen des ausgewählten Winkelbereichs anhand von Laufzeiten der jeweiligen Einzellaserpulse. Das Verfahren endet im Schritt 1009.