LiDAR Systemsimulation

Die LiDAR-Systemsimulation ermöglicht die Bewertung neuartiger Ansätze und Machbarkeitsaussagen zu kundenspezifischen Systemparametern.

CMOS Image Sensors – LiDAR Systemsimulation

Modellierung SPAD-basierter Laufzeitmessverfahren

Softwaretools zur LiDAR-Systemsimulation und eines mathematischen Modells des Signalpfades
© Fraunhofer IMS
Softwaretool zur LiDAR-Systemsimulation und mathematisches Modell des Signalpfades

Für die Abschätzung der Leistungsfähigkeit von LiDAR-Systemen sowie zur Plausibilitätsprüfung und Untersuchung von neuen Verfahrensansätzen ist ein theoretisches Modell des Messsystems unerlässlich. Am Fraunhofer IMS wurde für diesen Zweck auf Basis mathematischer Berechnungen und der Photonenstatistik ein Modell der SPAD-basierten Laufzeitmessverfahren zur LiDAR-Systemsimulation entwickelt.

Das Modell zur Systemsimulation beruht dabei auf der mathematischen Nachbildung des Übertragungsweges von der Quelle über die Reflexion der Strahlung am Zielobjekt bis zur Abbildung der Restintensität auf dem Sensor. Basierend auf der empfangenen Strahlungsintensität wird unter Kenntnis der Photonenstatistik die zeitliche Verteilung der detektierten Photonen ermittelt. Die sich ergebende Photonenverteilung kann nun, wie auch im Realsystem, mittels geeigneter Algorithmen analysiert und ausgewertet werden.

Das LiDAR-Simulationsmodell bildet den gesamten Signalpfad von der Detektion der Photonen bis zur Erzeugung der Zeitstempel in der Zeitmesseinrichtung nach. Das Modell erlaubt es somit auch Verfahrensmodifikationen, welche in den Signalpfad zwischen SPAD und Zeitmesseinrichtung eingreifen, nachzubilden und zu evaluieren. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist die Photonenkoinzidenz, bei welcher die Detektionssignale einzelner SPADs vor der Weitergabe an die Zeitmesseinheit verknüpft werden.

Darüber hinaus erlaubt das Modell auch die Erzeugung von Rohdaten für bestimmte Messszenarien, was die Beurteilung und Weiterentwicklung von Algorithmen zur Datenauswertung erlaubt ohne auf reale Messdaten, welche nicht immer für alle Messbedingungen verfügbar sind, angewiesen zu sein.

Mittels LiDAR-Systemsimulation ist es dem Fraunhofer IMS möglich, eine Abschätzung der erzielbaren Reichweite für kundenspezifische Systemparameter abzugeben. Somit können zeitnahe Aussagen zur Realisierbarkeit getroffen und gegebenenfalls alternative Ansätze oder mögliche Parametermodifikationen aufgezeigt werden.

Das könnte Sie interessieren

LiDAR

Das Fraunhofer IMS entwickelt und fertigt 3D-Bildsensoren für Solid State LiDAR-Kamerasysteme und forscht an Methoden zur hardwarenahen Signalauswertung.

CSPAD

CSPAD-Detektoren vereinen hochdynamische dreidimensionale Bildgebung mit verlässlichen Algorithmen für den leistungsfähigen Einsatz auch bei wechselnden Wetterverhältnissen.

Backside Illumination Sensor

Das Fraunhofer IMS entwickelt und nutzt Verfahren sowie neueste Bondtechnologien auf Chip- und Waferlevel zur Herstellung von rückseitenbeleuchteten optischen Sensoren.

CMOS-CCD

Das Fraunhofer IMS entwickelt kundenspezifisch CMOS-CCD Strukturen und Sensoren mit extrem hohem Dynamikbereich für TDI-Applikationen.

ToF-Sensoren

Das Fraunhofer IMS entwickelt spezielle hochauflösende Sensoren für indirekte Time-of-Flight Anwendungen.

Zeilensensoren

Das Fraunhofer IMS entwickelt kundenspezifische Zeilensensoren mit hoher Empfindlichkeit und Gating- bzw. Kurzpulsfähigkeit für Anwendungen in der Spektroskopie.

Silizium Photomultiplier (SiPM)

Das Fraunhofer IMS entwickelt und fertigt sowohl analoge als auch digitale Silizium Photomultiplier (SiPM) für die Detektion von Photonen in diversen Anwendungen (z.B. PET).

CSPAD αlpha

Der CSPAD αlpha ermöglicht neue Integrationsformen von SPADs in CMOS.

Neues Weitwinkel-LiDAR-System mit SPAD-Detektoren

Neue Weitwinkel-LiDAR Prototypen mit bis zu 180° horizontaler Umgebungsabdeckung entwickelt vom Fraunhofer IMS.

Übersichtsseiten

CMOS (Home)

Das Fraunhofer IMS besitzt die Erfahrung und Kompetenz, maßgeschneiderte CMOS Bildsensoren zu entwickeln und in einer 8-Zoll CMOS-Linie zu fertigen.

Anwendungen

Die optischen Sensoren des Fraunhofer IMS sind auf die jeweilige Situation zugeschnitten und finden Anwendung in zahlreichen Einsatzbereichen vom autonomen Fahren bis hin zur Quantentechnologie.

Leistungen

Als Partner für innovative Produktentwicklungen im Bereich optischer Sensoren bietet das Fraunhofer IMS alles aus einer Hand: Von der ersten Idee bis zur Pilotfertigung.

Download