【技術實現步驟摘要】
技術介紹
1、激光雷達傳感器(lidar＝light?detection?and?ranging)是用于借助通常在近紅外范圍內的短波光信號掃描環境的傳感器。通過檢測光信號的反射并通過測量其往返時間，激光雷達傳感器可以以高分辨率創建其環境的三維圖像。該特性使激光雷達在高度自動化車輛中的應用很受關注，所述車輛可以在沒有人為控制的情況下在未知環境中行駛并且為此必須感知其環境。為了掃描環境，許多激光雷達傳感器使用定向激光光束，所述激光光束以高頻在變換的空間方向上被發射，以便根據反射來計算代表環境的點云。
2、多年以來，通常在批量生產安全關鍵型電子控制系統之前在虛擬環境中測試所述安全關鍵型電子控制系統。根據被測件的設計，這種測試方法例如被稱為軟件在環(sil)、硬件在環(hil)或車輛在環(vil)。虛擬環境在模擬計算機上實時計算并且包括傳感器模擬，該傳感器模擬計算與虛擬環境匹配的傳感器信號并將它們饋入被測件中、即被測控制系統中，以檢查控制系統是否正確地評估傳感器信號并對其適當地做出反應。
3、為了測試激光雷達系統，可從市場上獲得相應的傳感器模擬，其模仿激光雷達的功能并且合成地生成給定激光雷達傳感器的傳感器信號。尤其是為了模擬利用定向激光光束工作的激光雷達傳感器，適合為此使用光線投射方法，因為該方法在一定程度上對應于實際傳感器的自然工作方式。激光光束在此可以在虛擬環境中通過一條唯一的、從虛擬環境中的模擬傳感器發出的直線來建模，以便計算激光光束在虛擬環境中的虛擬目標表面上的入射點。然后將入射點建模為激光光束的模擬反
4、只要激光光束可以近似為沒有光束橫截面的理想幾何光束，該方法就可以提供令人滿意的結果。當激光光束與尺寸至少在初步估計中超過光束橫截面至少一個數量級的目標相互作用時，通常是這種情況。這種目標的示例是建筑物、標志牌、車輛、人和地面。當虛擬環境應包括小目標復合體(komplex)時，該方法是有問題的。“小目標復合體”是指目標的近距離局部聚集，這些目標中的每一個在至少一個空間方向上與激光光束的光束直徑相比具有相近或更小的數量級。尤其是植被元素通常形成這種復合體。如此，例如谷物田是由谷穗組成的復合體，草地是由草(可能還有其它植物)組成的復合體，多葉植物、灌木叢或針葉樹是由葉子組成的復合體。在激光光束與這種小目標碰撞時，光束橫截面不可忽略。通常，小目標僅反射一部分光束強度，而另一部分激光光束則穿過小目標。因此，碰到小目標復合體上的激光光束侵入復合體中并且——由于與不同小目標的多次碰撞——隨著侵入深度的增加而失去強度。在這種情況下，激光雷達傳感器記錄的不是唯一的、明確界定(wohlabgegrenzt)的反射，而是時間失真的反射信號，該反射信號由在不同小目標上的具有不同往返時間的多個反射組成。
5、為了通過傳統光線投射或光線跟蹤物理上合理地模擬這種反射過程，需要一個對單個小目標詳細建模的高分辨率3d模型，其與考慮數千條光束的光線投射模型相結合，以便充分分辨擴展的激光光束。這樣的模擬不能以合理的耗費硬實時且足夠快地執行。
6、從計算機圖形學中原則上已知，如果基于光線投射或光線跟蹤的物理上正確的模擬計算量過大，則可以為了對失真的光反射進行可信的且實時進行的模擬采用隨機方法。例如專業論文《三維游戲場景中對真實水面的模擬(simulation?of?realistic?water?on3d?game?scene)》(xiang?xu，kun?zou，procedia?engineering?29，2012年)介紹了一種用于實時模擬波紋水面上的反射的方法。
7、傳感器模擬專業領域中的另一示例可以在專業論文“使用光線追蹤的毫米波傳播通過植被介質的三維模型(a?3-d?model?for?millimeter-wave?propagation?throughvegetation?media?using?ray-tracing)”(nuno?r.leonor等人，《電氣和電子工程師學會(ieee)天線與傳播期刊》第67(6)期，2019年)中找到。該論文描述了在由樹葉形成的精細結構的背景下合理模擬植被元素的雷達回波的問題。然而，所提出的基于位置固定的點狀散射中心的解決方法并不能應用于對借助定向和強準直激光光束工作的激光雷達進行的模擬。
8、在專業論文“使用sivic開發全速域acc、用于adas原型設計、測試和評估的虛擬平臺(development?of?full?speed?range?acc?with?sivic,a?virtual?platform?for?adasprototyping,test?and?evaluation)”(dominique?gruyer等人，ieee智能車輛研討會，2013年)中可以找到對用于以測試方式(testweise)刺激控制系統的成像車輛傳感器的模擬的現有技術進行的一般性介紹。
技術實現思路
1、在此背景下，本專利技術的任務在于加速、尤其是充分加速對小目標復合體的激光光束掃描的計算機模擬，以便能實現以用于借助于激光光束測量距離的傳感器的工作速度進行硬實時模擬。
2、為了解決該任務，提出一種用于實時模擬小目標復合體的激光光束掃描的設備。該設備包括虛擬環境和作為虛擬環境的一部分的小目標復合體的整體3d模型。
3、有利的是，整體3d模型這樣設計，使得其不具有小目標數量級的結構并且尤其是不包括對單個小目標的建模。特別有利的是，復合體的3d模型僅通過一個包圍復合體的表面來對復合體建模。例如谷物田(其在物理世界中是由谷穗組成的復合體)可以僅通過一個包圍谷物田的長方體形邊界框來建模。邊界框當然可以為了可視化而設有與谷物田匹配的紋理，但不包括用于模擬單個谷穗的三維結構。
4、此外，該設備包括傳感器模擬，其設計用于模擬用于借助于激光光束測量距離的傳感器。傳感器模擬包括光線投射例程，所述光線投射例程設置用于計算從傳感器發出的激光光束與虛擬環境中的表面的入射點，計算傳感器與該入射點的歐式距離并且基于歐式距離模擬由傳感器進行的距離測量，尤其是生成合成傳感器信號。合成傳感器信號可以被饋入用于評估傳感器信號的被測控制系統中、例如激光雷達系統中，以便以測試方式向控制系統偽裝傳感器的存在。
5、此外，傳感器模擬的一部分是數據庫，在該數據庫中存儲有多個強度分布。所述多個強度分布中的每個強度分布分配給激光光束的一個入射角。強度分布的設計使得可以根據激光光束進入小目標復合體的侵入深度從所述多個強度分布中的每個強度分布中讀出激光光束的反射的強度分量。
6、此外，傳感器模擬包括加噪例程，所述加噪例程設計用于確定激光光束在3d模型表面上的入射角并且從所述多個強度分布中選擇分配給所確定的入射角的強度分布。在考慮歐式距離和所選擇的強度分布的情況下，加噪例程計算加噪的距離測量。換言之，加噪例程訪問存儲在強度分布中的數據，以便根據該數據模擬激光光束在復合體中的多個小目標上的侵入到復合體中的具有不同往返本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.用于實時模擬小目標(8)復合體的激光光束掃描的設備，
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述小目標(8)復合體是植被元素，尤其是谷穗的復合體、即谷物田，草的復合體、即草地，或葉的復合體、即多葉植物、灌木叢或針葉樹。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中，所述小目標(8)的數量級與激光光束的光束直徑相似或比激光光束的光束直徑更小，從而激光光束侵入小目標(8)復合體中并且通過在多個小目標(8)上的反射隨著侵入深度D的增加而失去強度。
4.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述復合體的3D模型(5)不包括對單個小目標(8)的建模。
5.根據權利要求4所述的設備，其中，所述3D模型(5)是包圍復合體的表面(10)。
6.根據權利要求1所述的設備，其中，每個強度分布(2)為不同的侵入深度(D)分別分配一個表征反射數量的參量，每個反射數量對應于高分辨率模擬的激光光束的入射點(16)數量，所述高分辨率模擬的激光光束通過多個光束(12)在復合體的細粒度3D模型(6)中建模，所述細粒度3D模型分辨單個小目標(8)。
...【技術特征摘要】
1.用于實時模擬小目標(8)復合體的激光光束掃描的設備，
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述小目標(8)復合體是植被元素，尤其是谷穗的復合體、即谷物田，草的復合體、即草地，或葉的復合體、即多葉植物、灌木叢或針葉樹。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中，所述小目標(8)的數量級與激光光束的光束直徑相似或比激光光束的光束直徑更小，從而激光光束侵入小目標(8)復合體中并且通過在多個小目標(8)上的反射隨著侵入深度d的增加而失去強度。
4.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述復合體的3d模型(5)不包括對單個小目標(8)的建模。
5.根據權利要求4所述的設備，其中，所述3d模型(5)是包圍復合體的表面(10)。
6.根據權利要求1所述的設備，其中，每個強度分布(2)為不同的侵入深度(d)分別分配一個表征反射數量的參量，每個反射數量對應于高分辨率模擬的激光光束的入射點(16)數量，所述高分辨率模擬的激光光束通過多個光束(12)在復合體的細粒度3...
【專利技術屬性】
技術研發人員：C·布羅德爾，C·埃施，E·屈恩，
申請(專利權)人：德斯拜思有限公司，
類型：發明
國別省市：
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