对通过超声波识别的对象的高度进行分类的方法和装置
阅读说明：本技术 对通过超声波识别的对象的高度进行分类的方法和装置 (Method and device for classifying the height of an object identified by ultrasound ) 是由 K·拜纽什卡 于 2021-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于对通过超声波在周围环境中识别的对象的高度进行分类的方法。其中,连续地发送超声波脉冲并且再接收超声回波。针对每个接收到的超声回波,将该超声回波配属给地图对象,或者当接收到的超声回波不能够配属给现有地图对象时,创建新地图对象,在创建新地图对象时,以起始值初始化高度指标。在另一方法步骤中,从接收到的超声回波和/或先前配属给地图对象的超声回波中提取至少一个属性。将高度指标改变一个点值。当高度指标的值超过预给定的极限值时,将由地图对象代表的对象分级为高的、不能驶过的对象。本发明还涉及一种用于对通过超声波在周围环境中识别的对象的高度进行分类的装置,所述装置设置为用于实施所述方法。(The invention relates to a method for classifying the height of an object identified in the surroundings by means of ultrasound. In which ultrasonic pulses are continuously transmitted and ultrasonic echoes are re-received. For each received ultrasound echo, the ultrasound echo is assigned to a map object, or a new map object is created if the received ultrasound echo cannot be assigned to an existing map object, and the height indicator is initialized with a starting value when the new map object is created. In a further method step, at least one property is extracted from the received ultrasound echoes and/or the ultrasound echoes previously associated with the map object. The altitude indicator is changed by one point value. When the value of the height indicator exceeds a predetermined limit value, the objects represented by the map objects are classified as high objects which cannot be driven through. The invention also relates to a device for classifying the height of an object identified in the surroundings by means of ultrasound, said device being designed to carry out the method.)
技术领域
本发明涉及一种用于对通过超声波在周围环境中识别的对象的高度进行分类的方法，其中，连续地发送超声波脉冲并且再接收被在周围环境中的对象反射的超声回波。本发明的另一方面涉及一种用于对通过超声波在周围环境中识别的对象的高度进行分类的装置，所述装置设置为用于实施所述方法。
背景技术
现代车辆配备有大量驾驶员辅助系统，在实施不同的驾驶机动动作时，所述驾驶员辅助系统辅助车辆的驾驶员。另外已知向驾驶员警告周围环境中的危险的驾驶员辅助系统。驾驶员辅助系统为了实现其功能需要关于车辆的周围环境的精确数据和尤其关于位于该车辆的周围环境中的对象的精确数据。
通常使用基于超声波的对象定位方法，在所述对象定位方法中使用两个或者更多的超声波传感器。在此，超声波传感器分别发送超声波脉冲并且接收由在周围环境中的对象所反射的超声回波。由超声波脉冲的直至接收相应超声回波的传播时间以及已知的声速能分别求取进行反射的对象与对应的传感器之间的间距。如果对象位于多于一个超声波传感器的视野中，即如果能够由多于一个超声波传感器求取相对于对象的间距，则通过最小二乘法算法也能够求取进行反射的对象相对于传感器的或相对于车辆的准确位置。
由于传感器的视野和敏感性变得越来越大，逐渐也能够识别地面上的对象，例如路边石、枕木或者井盖。在此，对于驾驶员辅助系统的正确功能而言重要的是，能够区分与碰撞相关的对象(例如支柱、墙壁或者交通标志牌)和对于碰撞而言不相关的、能驶过的对象(例如路边石、枕木或者井盖)。
DE 10 2015 104 940 A1说明一种用于提供在机动车的周围环境区域中的对象的高度信息的方法。在此提出，为一对象指派第一高度等级“高”、第二高度等级“低”和第三高度等级“不可细分的对象”。另外，给该分类配属正确性概率。优选地，当该对象以第一概率分类在一高度等级中并且以第二概率分类在另一高度等级中时，根据所述两个概率来决定该对象最终被分类到哪个高度等级中。
DE 11 2013 004 908 T5说明一种对象感测装置，该对象感测装置布置在移动体上，并且发送和再接收例如呈超声波形式的波。基于接收到的波来计算相对于进行反射的对象的间距并且确定高度确定变量，所述高度确定变量可以是加权平均数。
DE 10 2017 202 964 A1说明一种用于提供超声波信号信息的方法，在所述方法中，接收回波信号并且基于回波信号相对于初始发送的超声波信号的传播时间和/或信号相似性来确定各个回波信号的同属性。同属的回波信号被合并成回波组。另外能够设置，基于表征所述回波组的特性对以下对象进行分类：所述回波信号已经在该对象上被反射。例如，能够区分平面的障碍物(例如车辆)和结构化的障碍物(例如灌木丛)。
已知的用于对对象进行分类的方法的缺点在于，用于区分高的、与碰撞相关的对象和低的、能驶过的对象的常用标准一般仅在小于1.5m至2m的短距离的情况下才可靠地工作。因此，存在对用于对对象的高度进行分类的方法的需求，所述方法尤其即使在距离较大的情况下也能够实现可靠的分类。另外值得期望的是，所述方法能适配于各个环境条件。
发明内容
提出一种用于对通过超声波在周围环境中识别的对象的高度进行分类的方法。在所述方法中，连续地发送超声波脉冲并且再接收被周围环境中的对象所反射的超声回波。此外提出，针对每个超声回波，将接收到的超声回波配属给地图对象，其中，地图对象代表在周围环境中的对象，或者当接收到的超声回波不能配属给现有的地图对象时，创建新的地图对象，其中，在创建新的地图对象时，以起始值初始化配属给地图对象的高度指标。在另一方法步骤中，从接收到的超声回波和/或先前配属给地图对象的超声回波中提取至少一个属性，其中，所述至少一个属性给出由该地图对象所代表的对象的高度的提示。此外，将该高度指标改变一个点值，其中，根据所提取的至少一个属性和对象的距离从配属表格(look up table LUT，查找表格)中调用该点值。在此，优选由配属给地图对象的超声回波的传播时间来确定由地图对象代表的对象的距离。接下来，当该高度指标的值超过预给定的极限值时，将由地图对象代表的对象分级为高的、不能驶过的对象。
该极限值优选与距离有关并且能够固定地预给定或者动态地选择。优选地，与距离有关的极限值固定地预给定。
该方法例如与车辆的环境传感机构相关联地使用，其中，该车辆在此优选包括至少两个超声波传感器，能够利用所述超声波传感器分别发送超声波脉冲并且再接收超声回波。
优选，针对每个接收到的超声回波，至少实施下述步骤：配属给地图对象、提取属性、改变高度指标和分级，其中，所述步骤能够以该顺序实施。然而也能想到其他顺序。例如，可以在配属给地图对象之前就已经提取超声回波的属性。
通过超声波传感器发送超声波脉冲并且再接收超声波脉冲的超声回波。在此，超声回波能够被发送了初始的超声波脉冲的超声波传感器接收。在这种情况下，所接收的超声回波被称为直接回波。如果超声回波被另一超声波传感器接收，则该超声回波被称为交叉回波。
通过在发送超声波脉冲与接收超声回波之间所经过的时间以及已知的、空气中的声速，能够确定对应的超声波传感器与进行反射的对象之间的间距。如果超声回波被多个超声波传感器接收，则除了能够确定所述间距以外，还能够在使用最小二乘法算法的情况下确定进行反射的对象相对于传感器的相对位置。这样的方法对于本领域技术人员而言原则上是已知的，并且例如在DE 10 2017 202 964 A1中说明。
接收到的超声回波分别配属给地图对象。在此，地图对象代表在周围环境中的实际对象并且能够例如保存在控制器的存储器中。在此，该地图对象配属有该对象的至少一个位置，该位置例如相对于超声波传感器或者相对于使用超声波传感器来监控周围环境的车辆地给出。另外，该地图对象可以配属有其他特性，所述其他特性分别表示被代表的对象的确定特性。尤其设置，给地图对象配属高度指标，该高度指标被用于对对象的高度进行分类。
为了将接收到的超声回波配属给地图对象，例如能够检查，进行反射的对象的确定位置是否位于现存的地图对象的位置的附近。如果是这种情况，则将该超声回波配属给该地图对象。否则，创建新的地图对象并且将该超声回波配属给该新的地图对象。
从被配属的超声回波和可能先前已配属给该地图对象的超声回波中提取属性，该属性给出对该对象的高度的提示。
优选，至少一个属性选自：超声回波的振幅、超声回波的显著性、与另外的超声回波的从属关系、与从属的超声回波的时间间隔、多次反射的数量、超声回波的类型、初始发送的超声波脉冲的脉冲持续时长和多个这些属性的组合。尤其能够设置，使用这些属性的多种不同组合。
超声回波的显著性是描述超声回波与从属的初始发送的超声波脉冲或者与预期的超声回波之间的相似性的值。显著性尤其是借助于优化滤波器或者匹配滤波器所求取的值。显著性尤其描述超声回波与超声波脉冲的信号相似性或者超声回波与预期的超声回波的信号相似性。
当两个在时间上彼此相继的超声回波的传播时间之间的传播时间差小于确定的时间值时，两个接收到的回波能够例如被视为从属于彼此。换言之，这意味着，当在预给定的时间区间内接收到两个单个的超声回波时，所述超声回波能够被评价为同属的。通常这涉及到多次反射，在多次反射的情况下，单个超声波脉冲多次被一个对象反射并因此接收到从一个对象出发的多个超声回波。
在超声回波的类型方面，例如在直接回波和交叉回波之间进行区分，所述直接回波由初始发送了超声波脉冲的超声波传感器所接收，在所述交叉回波的情况下超声回波由另一超声波传感器所接收。
多个这种属性能够组合成复合属性，必要时在使用预给定的加权因子的情况下进行组合。
在该方法中，给地图对象配属相对于超声波传感器或相对于车辆的距离，根据所配属的超声回波的确定信号传播时间来确定所述距离。距离随时间变化，所以在此能够设置，分别仅考虑最后的所配属的超声回波或者除了该最后的所配属的超声回波以外还考虑预给定数量的先前配属的超声回波。
为了对对象进行分类，提出细分为高的、与碰撞相关的对象和低的、能够被驶过的对象。高的、与碰撞相关的对象例如是支柱、墙壁或者交通标志牌。低的、能驶过的对象例如是路边石、枕木或者井盖。为了进行分类，给对应的地图对象配属高度指标，在创建地图对象时，该高度指标被初始化为起始值、例如0。
针对每个所接收的且被配属给地图对象的对象，将高度指标改变了一个确定的点值，该点值从配属表格(look up table，LUT，查找表格)中获取。例如，该配属表格保存在控制器的存储器中。在此，当配属表格给出正的点值时，高度指标提高，而当配属表格给出负的点值时，高度指标相应地减小。在此，配属表格的条目的点值尤其与所求得的对象距离以及与所提取的至少一个属性有关。如果仅使用唯一的属性，则配属表格是二维的。配属表格的维度的数量随着所使用的属性的数量相应地增加。例如，配属表格能够将三个属性连同距离一起与保存的点值相关联。在此，所述三个属性优选选自：发送的超声波脉冲的长度、超声回波的类型和高度显著性。在此，属性“高度显著性”由属性组合构成，其中，优选将与另外的超声回波的从属关系、与从属的超声回波的时间间隔以及多次反射的数量纳入到该高度显著性中。通过形成这样的另外的复合属性，能够使配属表格中的维度的数量减少。
优选地，结合对车辆的周围环境的感测实施该方法。在此优选设置，仅在车辆行驶的情况下实施该方法，使得当车辆恰好静止时，高度指标相应地不提高。
在连续的参量、例如距离的情况下，优选以预给定的分辨率进行分梯级(Abstufung)。例如，对于距离能够预给定200mm的分辨率，使得配属表格每200mm包括一个条目，其中，对于大于或者等于0mm并且小于200mm的距离使用第一条目，对于大于或者等于200mm并且小于400mm的距离使用第二条目，等等。
在高度指标改变之后，将高度指标与预给定的极限值进行比较，该极限值优选根据距离预给定。如果高度指标高于极限值，则对象被分级为高的、不能驶过的对象。如果高度指标具有低于极限值的值，则这要么涉及到低的、能驶过的对象，要么还不能够进行可靠的分类。
优选地，根据从具有已知的真实高度分类的对象所接收到的超声回波创建配属表格，其中，当至少一个属性的值在高的对象的情况下比在低的对象的情况下出现得更多时，则所述值被视为指示高的对象的值，反过来，当至少一个属性的值在低的对象的情况下比在高的对象的情况下出现得更多时，则所述值被视为指示低的对象的值。所述至少一个属性优选是复合属性，例如上文说明的高度显著性值。该属性能够具有离散的值，即仅采用确定的值，或者能够是连续的，其中，该配属表格则以预给定的分辨率包含分别代表确定值域的条目。
在此，配属表格是呈能简单应用的模型形式的、统计分析评价的结果。在此可能的是，将大量的超声回波预先纳入到配属表格中，其中，即使在为此所使用的数据量大的情况下，配属表格的复杂性和因此用于实施该方法的耗费也不提高。
优选地，当至少一个属性的针对确定距离的确定值是指示高的对象的值时，该配属表格的针对该距离针对该至少一个属性的相应值的条目具有正的点值，反过来，当至少一个属性的针对该距离的确定值是指示低的对象的值时，该配属表格的针对该距离针对该至少一个属性的相应值的条目具有负的点值。当至少一个属性的针对确定距离的确定值不能有结论时，配属表格的相应条目优选置为“0”。
优选地，该配属表格的、针对确定距离针对至少一个属性的确定值的点值的大小根据接收到的、属性值正确地指示对象的高度那些超声回波的数量与针对该值接收到的超声回波的总数量的商来确定。因此，该商表明，该属性的在配属表格中的相应的值在多少情况下指示真实分类。
优选地，在确定配属表格的点值的大小时，考虑加权函数。例如，将阶梯函数用作加权函数，其中，对于接收到的超声回波、属性值正确地指示对象的高度的那些超声回波的数量与针对该值接收到的超声回波的总数量的商为0.95或者更大的情况，选择点值大小为5；当商在大于或者等于0.85并且小于0.95的范围中时，选择点值大小为1；在其他情况下，选择为点值大小0。通过这种方式，强化地考虑以高概率正确地指示真实分类的值并且不考虑或者仅少量地考虑仅以低概率指示真实分类的值。
优选地，事先确定配属表格。
优选地，如果已在使用附加标准和/或其它测量方法的情况下确定对象的真实高度分类，则更新该配属表格，其中，在更新时在使用现在已知的真实对象分类的情况下考虑已配属给代表所述对象的地图对象的超声回波。在实践中，能够通过这种方式将接收到的超声回波纳入到用于创建配属表格的统计数据中。
优选地，考虑在接近对象时的行为作为用于确定该对象的真实高度分类的附加标准。在此例如充分利用：在接近低的、能驶过的对象时，在小于最小距离时该对象不再能够被超声波传感器感测到，而高的、与碰撞相关的对象在接近时对于超声波传感器而言保持可见并且能够继续被感测到。该最小距离例如是800mm。如果对象在小于最小距离的情况下看似消失了，则该对象肯定是低的、能驶过的对象，反过来，如果对象继续被超声波传感器感测到，则该对象肯定是高的、与碰撞相关的对象。替代地或者附加地，例如也能够将所接收到的对象多次反射的数量的改变以及在多次反射的情况下求取到的距离的改变考虑为标准。
本发明的另一方面是，提供一种用于对通过超声波在周围环境中识别的对象的高度进行分类的装置。该装置包括用于发送超声波脉冲并且用于接收在对象上被反射的超声回波的至少一个超声波传感器并且包括控制器。
该装置构造和/或设置用于实施在此所说明的方法。与此对应地，在该方法的范畴内所说明的特征相应地适用于该装置，反过来，在该系统的范畴内所说明的特征相应地适用于该方法。
优选地，该装置包括两个或者更多的超声波传感器，所述超声波传感器的视野至少部分地重叠。在此，视野表明以下区域：在所述区域内，超声波传感器能够通过接收超声回波探测对象。
优选地，该装置是驾驶员辅助系统的一部分，该驾驶员辅助系统设置为用于在实施驾驶机动动作时辅助车辆的驾驶员和/或使驾驶员注意在车辆的周围环境中的危险。
本发明的优点
借助本发明的方法，能够在使用配属表格的情况下通过简单的方式并且以低复杂性将通过分析评价大数据量获得的统计模型用于可靠地识别高的、不能驶过的对象。在此，在距离在3至4米的范围中时就已经能够可靠地识别高的、不能驶过的对象，相反，一般的分类方法仅在接近到约1.5至2米的情况下才能够实现可靠的识别。
在有利的实施方式中，该方法还能够适配于在实践中出现的条件，其方式是，在识别到真实对象分类之后在使用另外的标准或者传感器的情况下更新该配属表格。由此实现，例如未事先在实验室测试中感测到的状况也纳入到所使用的统计模型中并因此纳入到配属表格中。由此，该方法是有学习能力的。
另外，能够容易被辨认和使用超声回波的那些允许高度分类的属性。
附图说明
根据附图和下面的描述更详细地阐述本发明的实施方式。
附图示出：
图1具有用于对通过超声波在周围环境中识别的对象的高度进行分类的装置的车辆，
图2配属表格中的示例性摘录，
图3a在接近时用于低的对象的高度指标的走向，
图3b在接近时用于高的对象的高度指标的走向，
图4a在接近时低的对象的接收到的回波的数量，以及
图4b在接近时高的对象的接收到的回波的数量。
具体实施方式
在下面对本发明的实施方式的说明中，相同的或相似的元件用相同的附图标记来表示，其中，省去在个别情况下对这些元件的重复说明。附图仅示意性示出本方面的内容。
图1示出车辆1，该车辆包括装置10，借助该装置能够识别在车辆1的周围环境中的对象20。另外，装置10设置为用于将对象20的高度分类为高的、与碰撞相关的对象和低的、能驶过的对象。
为此，装置10包括超声波传感器12，其中，在图1的示例中，第一超声波传感器121和第二超声波传感器122布置在车辆1的前部。另外，装置10包括控制器14，该控制器操控超声波传感器12。
通过超声波传感器12发送超声波脉冲30并且又接收在对象20处反射的超声回波32。在图1中所示出的状况中，为此，第一超声波传感器121发送超声波脉冲30，该超声波脉冲被对象20反射。在此，第一超声波传感器121接收直接回波321并且第二超声波传感器122接收交叉回波322。由从发送超声波脉冲30至接收对应的超声回波32的传播时间能够分别确定从超声波传感器12到对象20的间距。在使用这些间距和超声波传感器12相对彼此的已知布置的情况下，也能够通过最小二乘法来确定对象20相对于车辆1的相对位置。
为了对通过接收超声回波32所识别到的对象20的高度进行分类，设置，在第一步骤中，针对每个超声回波32，将该接收到的超声回波32配属给一个地图对象，其中，该地图对象代表对象20。在第一次接收超声回波32时还不存在这样的地图，使得新创建该地图对象。
给该地图对象配属高度指标H，在创建该地图对象时以起始值初始化该高度指标，参见图3a和3b。例如，将值0用作该起始值。
进一步分析接收到的超声回波32，其中，从接收到的超声回波32和/或先前配属给该地图对象的超声回波32中提取至少一个属性。在此，这样选择所述至少一个属性，使得该至少一个属性给出对由该地图对象所代表的对象20的高度的提示。
此外，将该高度指标H改变一个点值，其中，根据所提取的至少一个属性和对象20的距离从配属表格(look up table，LUT，查找表格)中调用该点值。在此，优选由配属给地图对象的超声回波32的传播时间来求取由地图对象所代表的对象20的距离。
接下来，如果高度指标H的值超过预给定的、与距离有关的极限值42，则将由地图对象代表的对象20分级为高的、与碰撞相关的对象参见图3a和3b，。如果不超过极限值42，则此时还不能进行可靠的分类或者涉及到该对象是低的、能驶过的对象。在此，该方法优选连续地实施，使得尤其在车辆1接近对象20期间连续地发送超声波脉冲30、接收超声回波32并且更新高度指标H。
图2示出来自配属表格的示例性摘录，其中，在水平方向上以200mm的步长绘制对象20相对于车辆1的距离并且在竖直方向上绘制复合属性的离散值A。复合属性例如由属性的组合形成，其中，优选将与另外的超声回波32的从属关系、与所从属的超声回波32的时间间隔以及多次反射的数量纳入到该复合属性中。通过形成这样的复合属性，能够减小配属表格中的维度的数量。在图2的示例中，配属表格的所示出的摘录具有两个维度。
针对确定距离并且针对复合属性的确定值，当该属性的针对该距离的相应值是指示高的对象的值时，该配属表格的条目具有正的点值，反之，当该属性的针对该距离的相应值是指示低的对象的值时，该配属表格的条目具有负的点值。当该属性的针对确定距离的确定值不能有结论时，配属表格的相应条目优选置为“0”。
该配属表格的针对确定属性值的确定距离的点值的大小通过接收到、属性值正确地指示对象20的高度的那些超声回波32的数量与针对该属性值接收到的超声回波32的总数量的商来确定。因此，该商表示，配属表格中的相应属性值在多少情况下指示真实分类。
如果现在例如在图1中所示出的状况中接收到超声回波32，则将该超声回波配属给相应于对象20的地图对象。此外，确定相对于车辆1的距离并且确定复合属性。如果该距离例如为2000mm并且值4被确定为复合属性的值，则地图对象的高度指示符H提高了值0.88。在优选的实施方式中使用加权函数，其中，在高度指示符H改变时强化地考虑高的商值而不考虑或仅较少地考虑低的商值。
图3a示出多个曲线40，这些曲线描述在车辆1接近对象20时低的对象的高度指示符H的变化走向。在图3b中与此类似地示出多个曲线44，这些曲线示出在车辆1接近对象20时高的对象的高度指示符H的变化走向。
在此，在X轴上分别绘制对象20相对于车辆1的距离d并且在Y轴上分别绘制高度指标H的值。
如从图3a和3b的示图中能够得知的那样，不但在车辆1接近低的、能驶过的对象时而且在该车辆接近高的、与碰撞相关的对象时，高度指标H都增加。然而，在接近低的对象的情况下，图3a的所有曲线40都保留在与距离有关的极限值42的下方，而在接近高的对象的情况下，如图3b中所示出的那样，在小于约2000mm至3000mm的距离之后，曲线44中的几乎所有曲线都位于与距离有关的极限值42的上方。在小于约600mm的距离的情况下，曲线44中的全部走向都位于极限值42的上方。
从图3a和3b的示图中能够得知，低的、能驶过的对象不会被错误地分类为高的、与碰撞相关的对象。因此，该方法尤其不会导致错误的障碍物警告。另外能看出，在约为3000mm的大距离的情况下，在大多数情况下已经能够将高的对象可靠地分类为高的对象，仅在少数所观察的情况下在进一步接近时才能够进行分类。另外能看出，曾经被分级为“高且与碰撞相关”的对象在接近的过程中不会再被重新分类。因此，所提出的方法在大多数情况下已经能够及早地、可靠地识别高的、与碰撞相关的对象。
图4a示出在接近时从低的对象所接收的超声回波32的数量#，而图4b相应地示出在车辆1接近对象20时从高的对象所接收的回波的数量#。在此，在X轴上分别绘制车辆1与对象20之间的距离d，在Y轴上绘制接收到的超声回波32的数量#。
由图4a和4b中能够得知，在小于最小间距46时(在图4a和4b的示例中约为800mm)，低的、能驶过的对象不再能被超声波传感器12探测到，并且因此接收到的超声回波32的数量#不继续增加。与此相反，在高的、与碰撞相关的对象的情况下，即使在小于最小间距46时，超声回波32的数量#也继续增加。该特性能够被用作另外的标准，以便确定对象20的真实高度分类。接下来，该真实高度分类能够被用于更新参见图2的配属表格。为了进行更新，重新计算该配属表格的各个条目，其中，考虑配属给具有现在已知的真实分类的对象20或配属给相应的地图对象的超声回波32。
本发明不限于在这里所说明的实施例和在其中所强调的方面。而是，在通过权利要求给定的范围内能实现处于本领域技术人员的常规技术手段的范畴内的多种改型。