LiDAR Hintergrundlichtunterdrückung

Das Fraunhofer IMS entwickelt Verfahren zur Hintergrundlichtunterdrückung in LiDAR-Sensoren. Dies ist essentiell für zuverlässige und leistungsfähige LiDAR-Systeme.

CMOS Image Sensors – LiDAR Hintergrundlichtunterdrückung

Verfahren für zuverlässige LiDAR-Systeme

Schematische Darstellung eines LiDAR-Systems mit Störung durch Sonnenlicht.
© Fraunhofer IMS
Die Unterdrückung des Hintergrundlichts ist ein wichtiger Bestandteil der Entwicklung von LiDAR-Systemen

In vielen Anwendungen wie dem autonomen Fahren, dem 3D-Imaging oder der industriellen Messtechnik ist der LiDAR-Sensor zusätzlichem Hintergrundlicht durch natürliche oder künstliche Strahlungsquellen ausgesetzt. Ein Aussortieren der Hintergrundphotonen durch eine Klassifizierung der am Sensor eintreffenden Photonen nach deren Herkunft ist aufgrund identischer statistischer Eigenschaften nicht möglich. Durch die Verwendung von höchstempfindlichen SPADs für die Detektion der reflektierten Strahlung, können Hintergrundphotonen zu unerwünschten Detektionen und Fehlmessungen führen. Die Hintergrundlichtunterdrückung ist daher ein essentieller Bestandteil der Sensorentwicklung, um leistungsfähige LiDAR-Systeme zu realisieren.

Um zuverlässige Messungen auch bei hohem Hintergrundlicht zu ermöglichen, entwickelt das Fraunhofer IMS Verfahren zur Hintergrundlichtunterdrückung. Die Verfahren setzen dabei an allen Punkten des LiDAR-Systems von der Detektion der Photonen an der SPAD über die Weiterverarbeitung der Detektionssignale im Sensor bis zur softwareseitigen Sensordatenverarbeitung an. Ein Beispiel eines Verfahrens, welches bereits am vorderen Ende der Signalkette eingreift, ist die Photonenkoinzidenz. Hierbei wird in dem auf den LiDAR-Sensor treffenden Photonenstrom nach einer erhöhten Photonendichte gesucht. Die zugrundeliegende Idee ist, dass das Hintergrundlicht über den betrachteten Zeitraum einer Laufzeitmessung eine konstante Intensität aufweist. Folglich erhöht sich die empfangene Strahlungsintensität, sobald sich zum Hintergrundlicht das reflektierte Lasersignal addiert. Durch die Erkennung einer erhöhten Photonendichte kann so die Ankunftszeit des reflektierten Lasersignals trotz vorhandenem Hintergrundlicht ermittelt werden. In SPAD-basierten LiDAR-Sensoren wird die Detektion einer erhöhten Photonendichte durch die Verknüpfung der Detektionssignals mehrerer einzelner SPADs erreicht.

Unsere CMOS-Technologie erlaubt eine gemeinsame Hardwareintegration der Verfahren zur Hintergrundlichtunterdrückung mit den SPADs auf einem Sensor, sodass gleichermaßen zuverlässige, schnelle und kompakte LiDAR-Systeme entwickelt werden können.

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