CN111596301A - 确定光脉冲的传播时间的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种确定光脉冲的传播时间的方法和系统。在一个实施例中，作为数据流的从像素输出的原始时间戳数据可被临时存储、处理两次并且随后被丢弃以提供传播时间估计的准确确定。在另一实施例中，原始时间戳数据被处理一次并且被丢弃以提供传播时间估计的近似确定。传播时间估计可在处理期间被更新，并且当处理数据流完成时，最频繁出现的时间戳可被获得。不需要将原始数据保持在存储器中，从而减少了与确定光脉冲的传播时间有关的存储器要求。

Description

确定光脉冲的传播时间的方法和系统
本专利申请要求于2019年2月20日提交的第62/808,280号美国临时专利申请和于2019年4月9日提交的第16/379,782号美国专利申请的优先权权益，所述美国专利申请的公开通过引用全部包含于此。
技术领域
在此公开的主题总体涉及直接飞行时间(TOF)传感器，并且更具体地，涉及用于确定光脉冲的传播时间的技术。
背景技术
在基于光检测和测距(LIDAR)的三维(3D)成像系统中，通常可响应于已经从光脉冲源发射的一系列激光脉冲而在单个帧上记录数千个光子检测事件。通常，像素处的光子检测事件生成时间戳，该时间戳形成为像素处的光子检测事件的时间直方图。随后，基于直方图的峰值来确定激光脉冲的传播时间，其用于提供距已经反射激光脉冲的物体的估计的距离。
与常规的直方图-分箱(histogram-binning)技术有关的一个缺点是：需要使得针对每个像素提供足够数量的分箱的存储器的大小，该足够数量的分箱在系统的整个范围上说明了系统的深度分辨率。例如，用15cm的深度分辨率来测量达40米的最大距离的LIDAR相机系统针对一个像素需要280个分箱。如果光传感器阵列包括128×144个像素，则所需的分箱的总数量将大于五百万个。如果LIDAR相机系统将用每帧照射整个场景的20个激光脉冲以30帧每秒(fps)操作，则每个像素每帧将输出20个时间戳值，或每秒输出600个时间戳值。如果针对每个光子检测事件的时间戳是12位，则大于每帧132MB的数据将需要被存储在多于每帧五百万个分箱中。随着针对LIDAR系统，系统范围增大和/或深度分辨率增大，并且随着传感器阵列的大小增大，每帧处理的数据量的大小相应地改变。另外，在帧期间从像素接收的时间戳通常将被聚在仅一些分箱中，而与像素相关联的剩余分箱未被使用。
发明内容
示例实施例提供一种确定光脉冲在光脉冲源与光传感器阵列的像素之间的传播时间的方法，所述方法包括：生成在光脉冲源与所述像素之间传播的多个光脉冲的多个时间戳值，每个时间戳值包括在光脉冲源与所述像素之间传播的相应的光脉冲的飞行时间；和将光脉冲在光脉冲源与所述像素之间的传播时间确定为所述多个时间戳值中最频繁的时间戳值。在一个实施例中，确定在光脉冲源与所述像素之间的传播时间的步骤包括：将元素集合中的每个元素的值初始化为等于零，元素集合包括预定数量的元素；初始化与元素集合中的每个元素相关联的计数器的值；通过确定每个时间戳值是否等于元素集合中的元素的值来处理所述多个时间戳值；如果元素集合中的元素的值等于零，则用所述时间戳值来替换所述元素的值，并且递增与被替换的元素相关联的计数器的值；如果所述时间戳值等于元素集合中的元素的值，则递增与具有等于所述时间戳值的值的元素相关联的计数器的值；如果所述时间戳值不等于元素集合中的元素的值，则递减与元素集合中的元素相关联的计数器中的所有计数器的值；在已经处理多个时间戳值中的所有时间戳值之后，初始化与元素集合中的元素对应的每个计数器的值；确定所述多个时间戳值中的每个时间戳值是否等于元素集合中的元素的值；如果时间戳值等于元素集合中的元素的值，则递增与具有等于所述时间戳值的值的元素相关联的计数器的值；和将元素集合中的与最大的计数器值相关联的元素确定为表示光脉冲在光脉冲源与所述像素之间的传播时间的时间戳值。在另一示例实施例，确定光脉冲源与所述像素之间的传播时间的步骤包括：将元素集合中的每个元素的值初始化为等于零，元素集合包括预定数量的元素；初始化与元素集合中的每个元素相关联的计数器的值；通过以下步骤处理所述多个时间戳值：确定每个时间戳值是否等于元素集合中的元素的值；如果元素集合中的元素的值等于零，则用所述时间戳值来替换所述元素的值，并且递增与被替换的元素相关联的计数器的值；如果所述时间戳值等于元素集合中的元素的值，则递增与具有等于所述时间戳值的值的元素相关联的计数器的值；如果所述时间戳值不等于元素集合中的元素的值，则用所述时间戳值替换与最小计数器值相关联的元素的值，并且将与被替换的元素相关联的计数器的值递增1；和在已经处理所述多个时间戳值中的所有时间戳值之后，将元素集合中的具有最大计数器值的元素确定为表示光脉冲在光脉冲源与像素之间的传播时间的时间戳值。
另一示例实施例提供一种确定光脉冲在光脉冲源与光传感器阵列的像素之间的传播时间的系统，其中，所述系统可包括：多个寄存器；多个计数器，其中，每个计数器可与相应的寄存器相关联；和时间戳评估器，被配置为确定多个时间戳值中的每个时间戳值是否等于存储在所述多个寄存器之一中的值。如果存储在寄存器中的值等于零，则时间戳评估器用所述时间戳值来替换所述寄存器的值，并且递增与所述寄存器相关联的计数器的值。如果所述时间戳值等于存储在寄存器中的值，则时间戳评估器递增与所述寄存器相关联的计数器的值。如果所述时间戳值不等于存储在寄存器中的值，则时间戳评估器递减与所述多个寄存器中的所有寄存器相关联的所述多个计数器中的所有计数器的值。在已经评估所述多个时间戳值中的所有时间戳值之后，时间戳评估器还可被配置为：初始化每个计数器的值，确定所述多个时间戳值中的每个时间戳值是否等于存储在寄存器中的值，如果所述时间戳值等于存储在寄存器中的值，则递增与存储等于所述时间戳值的值的寄存器相关联的计数器的值，和将与最大的计数器的值相关联的寄存器的时间戳值确定为表示光脉冲在光脉冲源与所述像素之间的传播时间的时间戳值。
又一示例实施例提供一种确定光脉冲在光脉冲源与光传感器阵列的像素之间的传播时间的系统，其中，所述系统可包括：多个寄存器；多个计数器，其中，每个计数器可与相应的寄存器相关联；和时间戳评估器，被配置为确定所述多个时间戳值中的每个时间戳值是否等于存储在寄存器中的值。如果存储在寄存器中的值等于零，则时间戳评估器用所述时间戳值来替换所述寄存器的值，并且递增与所述寄存器相关联的计数器。如果所述时间戳值等于存储在寄存器中的值，则时间戳评估器递增与存储等于所述时间戳值的值的寄存器相关联的计数器。如果所述时间戳值不等于存储在寄存器中的值，则时间戳评估器用与至少一个计数相关联的所述时间戳值来替换所述寄存器的值，并且将与具有被替换的值的寄存器相关联的计数器的值递增1。在已经评估所述多个时间戳值中的所有时间戳值之后，时间戳评估器还可被配置为将存储在具有最大计数器值的寄存器中的时间戳值确定为表示光脉冲在光脉冲源与像素之间的传播时间的时间戳值。
附图说明
在下面的部分中，将参照附图中示出的示例性实施例来描述在此公开的主题的方面，其中：
图1是根据在此公开的主题的时间戳处理系统的示例实施例的功能框图；
图2是根据在此公开的主题的用于确定光脉冲在光脉冲源与光传感器阵列的像素之间的估计的传播时间的方法的第一示例实施例的流程图；
图3是根据在此公开的主题的用于确定光脉冲在光脉冲源与光传感器阵列的像素之间的估计的传播时间的方法的第二示例实施例的流程图；
图4A至图4D是与在此公开的技术相比的常规的直方图-分箱技术的示例范围图像和示例强度图像结果。
具体实施方式
在下面的具体实施方式中，阐述了许多具体细节，以便提供对公开的彻底理解。然而，本领域的技术人员将理解，可在没有这些具体细节的情况下实践公开的多个方面。在其它实例中，公知的方法、过程、组件和电路未被详细描述，以免使在此公开的主题模糊。
贯穿本说明书对“一个实施例”或者“实施例”的引用表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性可包括在在此公开的至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明书的各个位置中的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“根据一个实施例”(或者具有类似含义的其它短语)的出现可不必都表示相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。在这个方面，如在此使用的，词“示例性”表示“用作示例、实例或说明”。在此描述为“示例性”的任何实施例将不被解释为必然优选或优于其它实施例。此外，根据在此讨论的上下文，单数术语可包括相应的复数形式，并且复数术语可包括相应的单数形式。还注意，在此示出和讨论的各个附图(包括组件图)仅为了说明性目的，并且未按比例绘制。类似地，仅为了说明性目的而示出各个波形图和时序图。例如，为了清楚，元件中的一些的尺寸可相对于其它元件被夸大。此外，如果认为适当，则参考标号在附图之中被重复以指示相应的和/或类似的元件。
在此使用的术语仅是为了描述特定示例性实施例的目的，并且不意在限制要求保护的主题。如在此使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。还将理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定存在叙述的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如在此使用的术语“第一”、“第二”等被用作它们之后的名词的标签，并且除非这样明确地定义，否则不暗示任何类型的排序(例如，空间、时间、逻辑等)。此外，可在两个或更多个附图中使用相同的参考标号来表示具有相同或类似功能的部件、组件、块、电路、单元或模块。然而，这样的使用仅为了说明的简单和讨论的容易；它不表明这样的组件或单元的结构或构造细节在所有实施例中相同，或者不表明这样共同引用的部件/模块是用于实现在此公开的特定实施例的教导的唯一方式。
除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本主题所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解，除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用字典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于形式化的含义进行解释。
如在此使用的，术语“模块”表示被配置为提供在此结合模块描述的功能的软件、固件和/或硬件的任何组合。软件可被实现为软件包、代码和/或指令集或者指令，并且例如，如在此描述的任何实现中使用的术语“硬件”可单个地或者以任何组合地包括硬接线电路、可编程电路、状态机电路和/或存储由可编程电路执行的指令的固件。模块可共同地或单独地被实现为形成较大系统(例如，但不限于集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SOC)等)的部分的电路。
在此公开的主题提供了光脉冲在光脉冲源与直接TOF(飞行时间)系统(诸如，基于LIDAR(光检测和测距)的相机系统)的光传感器阵列的像素之间的估计的传播时间。代替常规地使用利用覆盖系统的范围和深度分辨率的足够数量的分箱的直方图-分箱技术来检测峰值，在此公开的主题基于“寻找数据流中的频繁项”技术来确定激光脉冲的估计的传播时间。在一个实施例中，作为数据流的从像素输出的原始时间戳数据可被临时存储、处理两次并随后被丢弃，以提供光脉冲在光脉冲源与像素之间的传播时间估计的准确确定。在另一实施例中，也可被获得作为数据流的原始时间戳数据被处理一次并被丢弃，以提供光脉冲在光脉冲源与像素之间的传播时间估计的近似确定。传播时间估计可在处理期间被更新，并且当处理数据流完成时，最频繁出现的时间戳可被获得。不需要将原始数据保持在存储器中，从而与常规的直方图-分箱技术相比减少了与确定光脉冲的传播时间有关的存储器要求。
由在此公开的技术提供的光脉冲的传播时间估计的准确性与由常规的直方图-分箱技术提供的传播时间估计的准确性相当。另外，在此公开的技术提供了具有增加的数据吞吐量和处理速度，同时具有降低的存储器要求和功耗的直接TOF系统。
在一个实施例中，可将多个值相邻的时间戳值插入到也使用原始的时间戳数据流被处理的数据流中，使得距离估计变得更鲁棒并且噪声更少。
图1是根据在此公开的主题的时间戳处理系统100的示例实施例的功能框图。系统100处理传感器阵列(未示出)中的像素(也未示出)的时间戳数据的流。系统100可包括控制器101和多个寄存器/计数器对102a至102e。每个寄存器/计数器对102a至102e包括寄存器(REG)103a至103e和相关联的计数器104a至104e。寄存器/计数器对102a至102e的数量可根据设计而变化。如图1中所描绘的，系统100包括五个寄存器/计数器对102a至102e。在一个实施例中，缓冲器105可用于接收时间戳数据。光脉冲的估计的传播时间可被获得作为寄存器103a至103e中的如由包含最大计数器值的相关联的计数器确定的一个寄存器的输出(尽管未指示)。来自寄存器103a至103e之一的输出可被使得从寄存器103a至103e直接可被获得，或者来自寄存器103a至103e之一的输出可通过控制器101将时间戳值外部地传送到目的地位置或装置而从系统100输出。
已经从结合到系统100的像素输出的时间戳数据106作为时间戳数据的流被输入。当时间戳数据106被接收到时，每个时间戳值可被控制器101基于如下所述的两种“寻找数据流中的频繁项”技术之一进行评估并且被放置在寄存器/计数器对102a至102e的寄存器103a至103e之一中。在可选的实施例中，时间戳数据106被临时存储在缓冲器105中，使得时间戳数据106可被处理两次以产生更准确的距离估计。当帧的时间戳数据已经被处理时，该时间戳数据被丢弃。在不包括缓冲器105的系统100中，每个时间戳值在被处理之后被丢弃；而在包括缓冲器105的系统100中，帧的时间戳值在该帧已经被处理之后被丢弃。
在一个实施例中，系统100可被实现为模块，该模块可以是被配置为提供在此结合模块描述的功能的软件、固件和/或硬件的任何组合。软件可被实现为软件包、代码和/或指令集或者指令，并且例如，如在此描述的任何实现中使用的术语“硬件”可单个地或者以任何组合地包括硬接线电路、可编程电路、状态机电路和/或存储由可编程电路执行的指令的固件。模块可共同地或单独地被实现为形成较大系统(例如，但不限于集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)等)的部分的电路。
在一个实施例中，寄存器/计数器对102a至102e被实现为硬件组件。在另一个实施例中，寄存器/计数器对102a至102e的寄存器103a至103e和计数器104a至104e在随机存取存储器(RAM)中实现，在这种情况下，由系统100提供的功能可通过由控制器101执行的软件/固件提供。这样的实施例可适合用于处理从具有很多像素的传感器阵列输出的时间戳数据的多个流，而如果寄存器/计数器对102a至102e被实现为硬件组件，则传感器阵列的大小可被限制。
另外，数据流106中的时间戳值可以是非量化的，使得由在此公开的系统和方法提供的传播时间估计是高精度的深度测量。在常规的基于直方图的方法中，时间戳值通常被量化成粗略的数(coarse number)(即，量化成整数)，随后其被用作直方图分箱的索引。由于量化，估计的深度值损失准确性，具有额外的深度误差＝bin_size/sqrt(12)，其中，bin_size表示分箱大小。例如，如果分箱大小(即，量化的分辨率)是1ns，则深度误差将是1/sqrt(12)≈0.2887ns(或在转换为距离的情况下的4.33mm)。仅在分箱大小变得无限小的情况下这个量化误差可接近0。尽管时间戳值的量化针对在此公开的系统和技术可以是可选的，但是时间戳值可被保持为表示非量化的高精度的浮点数，其将提供高精度的深度测量。
图2是根据在此公开的主题的用于确定光脉冲在光脉冲源与光传感器阵列的像素之间的估计的传播时间的方法200的第一示例实施例的流程图。方法200基于用于寻找数据流中的频繁项的频繁(k)(Frequent(k))技术，并且方法200使用两个通道(pass)以处理从像素输出的预定数量的时间戳值。
在201，初始化元素的小集合的元素值。另外，初始化与每个元素相关联的计数器。在一个实施例中，被选择为在小集合中的元素的数量等于5，并且每个元素和每个计数器被初始化为等于0。存储在计数器中的值不能变成小于0。在另一个实施例中，小集合中的元素的数量可不同于5，和/或元素的初始化值可不同于0(诸如，“空”)。例如，可用不同于预期的时间戳值中的任何一个的可识别的值来初始化元素。
在202，接收预定数量的时间戳作为从像素输出的时间戳值的流。传感器阵列的每个像素输出时间戳值的流。在一个实施例中，被接收作为数据的流的时间戳的预定数量等于在一个帧中生成的时间戳的数量。可接收时间戳作为时间戳数据的流，并且可通过方法200的随后操作来处理时间戳。针对方法200，接收的时间戳可被临时存储在缓冲器(诸如，图1中的缓冲器105)中。
在203，在通过多个时间戳中的所有时间戳的第一通道中顺序地处理所有时间戳。在204，针对正在被处理的当前时间戳值，确定元素值(EV)中的任何一个是否等于初始化的元素值(例如，0)。如果元素值(EV)中的任何一个等于初始化的元素值，则流程继续到205，在205，当前时间戳值替换等于初始化的元素值的元素值，并且与该元素相关联的计数器递增1。在通过时间戳值的第一通道的开始，预期方法200将通过操作205随着该通道直到所有元素已经被时间戳值替换。流程从205继续到211，在211，确定所有时间戳(TS)是否已经在第一通道中被处理。如果不是所有时间戳(TS)已经在第一通道中被处理，则流程继续到212，在212，选择下一时间戳值，然后返回到204。
在204，如果确定所有元素值不等于初始化的元素值(例如，0)，则流程继续到206，在206，确定当前时间戳值(TSV)是否等于元素值(EV)中的任何一个。如果当前时间戳值(TSV)等于元素值(EV)中的任何一个，则流程继续到207，在207，与包含等于当前时间戳值的值的元素相关联的计数器递增1。流程从207继续到211，在211，确定所有时间戳(TS)是否已经被处理。如果不是所有时间戳(TS)已经被处理，则流程继续到212，在212，选择下一时间戳值，然后返回到204。
在206，如果确定当前时间戳值(TSV)不等于元素值(EV)中的任何一个，则流程继续到208，在208，所有计数器递减1。每个计数器可递减到0，但是如果计数器值通过递减达到零，则计数器值保持在0并且不会被进一步递减。在所有元素的初始值已经被时间戳值替换之后，在208递减计数器可引起计数器中的一个或多个变为0。在209，确定计数器值(CV)中的任何一个是否等于0。在209，如果计数器值等于0，则流程继续到210，在210，元素的值被当前时间戳值替换，并且相关联的计数器递增。如果多于一个计数器值等于0，则与等于0的计数器相关联的一个元素被当前时间戳值替换。
流程继续到211，在211，确定所有时间戳是否已经被处理。如果不是所有的时间戳已经被处理，则流程继续到212，在212，选择下一时间戳值，然后返回到204。
在211，如果所有时间戳值已经在第一通道中被处理，则小集合的元素的内容表示最频繁出现的时间戳值。流程继续到213，在213，将所有计数器重新初始化为0。在214，针对通过所有时间戳的第二通道处理时间戳。
在215，确定当前时间戳值(TSV)是否等于元素值(EV)中的一个。如果当前时间戳值(TSV)等于元素值(EV)中的一个，则流程继续到216，在216，递增与具有等于当前时间戳值的值的元素相关联的计数器。
流程继续到217，在217，确定所有时间戳(TS)是否已经在第二通道中被处理。如果不是所有时间戳(TS)已经在第二通道中被处理，则流程继续到218，在218，选择下一时间戳值，然后返回到215。在217，如果所有时间戳值已经在第二通道中被处理，则流程继续到219，在219中，与具有最大计数器值的计数器相关联的元素中的时间戳值表示光脉冲在光脉冲源与像素之间的估计的传播时间。如果多于一个计数器具有相同的最大计数器值，则可选择与具有最大计数器值的计数器相关联的元素中的任何一个。可选地，可选择与从计数器104a至104e的预定选择顺序中的“第一”计数器相关联的元素作为估计的传播时间的值。
表1阐述了用于图2的方法200的示例伪代码，其中，ci表示第i计数器的值。
表1
Figure BDA0002387988390000101
如所提及的，在一个实施例中，被接收作为时间戳值的流的预定数量的时间戳值可以是在一帧期间由像素生成的时间戳值。通过时间戳值的每个通道处理完整的预定数量的时间戳值。在另一实施例中，预定数量的时间戳值可被划分为两个组，其中，第一组可由第一通道处理，第二组可由第二通道处理。因为时间戳值可在它们被系统100接收时被处理，所以时间戳值被划分为两个组的这个特定实施例可不需要使用缓冲器105。另一实施例可将预定数量的时间戳值划分为两个组，其中，在第一通道期间帧的第二组可被处理，在第二通道期间后续帧的第一组可被处理。与使用缓冲器105的实施例相比，不需要使用缓冲器105的这两个实施例提供了占用更少空间并且使用更小功率的优点。
在一个实施例中，可将多个值相邻的时间戳值插入到也使用原始的时间戳数据流被处理的数据流中，使得距离估计变得更鲁棒并且噪声更少。在一个实施例中，根据期望考虑多大的邻域，基于当前时间戳值±k、±(k+1)、±(k+2)…、……来生成相邻时间戳，其中，k是整数。也就是说，每对相邻时间戳值的值以时间戳值的分辨率的预定数量的整数单位来将当前值包围(bracket)。例如，如果时间戳值的分辨率是1ns，则k可被选择为1ns。如果k被选择为1ns，并且邻域的大小被选择为五个时间戳值(当前时间戳值加上当前时间戳的两侧的两个邻域)，则针对每个当前时间戳，四个相邻时间戳将被注入到数据流中。注入的相邻值犹如它们是原始时间戳值那样被处理，并且它们趋向于使可从像素接收的噪声时间戳值平滑。如将预期的，附加的相邻值增加了在帧中被处理的时间戳值的总数量。
图3是根据在此公开的主题的用于确定光脉冲在光脉冲源与光传感器阵列的像素之间的估计的传播时间的方法300的第二示例实施例的流程图。与图2中所示的第一示例实施例相比，方法300提供光脉冲的近似估计的传播时间，而方法200提供光脉冲的传播时间的更准确估计。方法300基于用于寻找数据流中的频繁项的空间保存(k)(SpaceSaving(k))技术，并且方法300可使用通过从像素输出的多个时间戳值的单个通道。通过方法300提供的估计的传播时间的误差可以是O(∈N)。
在301，初始化元素的小集合的元素值。另外，初始化与每个元素相关联的计数器。在一个实施例中，被选择为在小集合中的元素的数量等于5，并且每个元素和每个计数器被初始化为等于0。存储在计数器中的值不能变成小于0。在另一个实施例中，小集合中的元素的数量可不同于5，和/或元素的初始化值可不同于0。例如，可用不同于预期的时间戳值中的任何一个的可识别的值来初始化元素。
在302，接收预定数量的时间戳作为从像素输出的时间戳值的流。传感器阵列的每个像素输出时间戳值的流。在一个实施例中，被接收作为数据的流的时间戳的预定数量等于在一个帧中生成的时间戳的数量。可接收时间戳作为时间戳数据的流，并且可通过方法300的随后操作来处理。
在单个通道中顺序地处理多个时间戳中的所有时间戳。在303，针对正在被处理的当前时间戳值，确定元素值(EV)中的任何一个是否等于初始化的元素值(例如，0)。如果元素值(EV)中的任何一个等于初始化的元素值，则流程继续到304，在304，当前时间戳值替换等于初始化的元素值的元素值，并且与该元素相关联的计数器递增1。在通过时间戳值的通道的开始，预期方法300将通过操作304随着该通道直到所有元素已经被时间戳值替换。流程从304继续到308，在308，确定所有时间戳(TS)是否已经被处理。如果不是所有时间戳(TS)已经被处理，则流程继续到309，在309，选择下一时间戳值，然后返回到303。
在303，如果确定所有元素值不等于初始化的元素值(例如，0)，则流程继续到305，在305，确定当前时间戳值(TSV)是否等于元素值(EV)中的任何一个。如果当前时间戳值(TSV)等于元素值(EV)中的任何一个，则流程继续到306，在306，与包含等于当前时间戳值的值的元素相关联的计数器递增1。流程从306继续到308，在308，确定所有时间戳(TS)是否已经被处理。如果不是所有时间戳(TS)已经被处理，则流程继续到309，在309，选择下一时间戳值，然后返回到303。
在305，如果确定当前时间戳值(TSV)不等于元素值(EV)中的任何一个，则流程继续到307，在307，选择与最小计数相关联的元素并且用当前时间戳值来替换与最小计数相关联的元素。与被替换的元素相关联的计数器递增1。流程继续到308，在308，确定所有时间戳(TS)是否已经被处理。如果不是所有时间戳(TS)已经被处理，则流程继续到309，在309，选择下一时间戳值，然后返回到303。
在308，如果所有时间戳值已经被处理，则流程继续到310，在310，与具有最大计数器值的计数器相关联的元素中的时间戳值表示光脉冲在光脉冲源与像素之间的估计的传播时间。如果多于一个计数器具有相同的最大计数器值，则可选择与具有最大计数器值的计数器相关联的元素中的任何一个。可选地，可选择与从计数器104a至104e的预定选择顺序中的“第一”计数器相关联的元素作为估计的传播时间的值。
表2阐述了用于图3的方法300的示例伪代码。
表2
Figure BDA0002387988390000121
图4A至图4D是与在此公开的技术相比的用于常规的直方图-分箱技术的示例范围图像和示例强度图像结果。用于生成图4A至图4D的图像的设置是每帧N＝20个脉冲，元素的数量等于5，分箱宽度是2ns，并且系统的范围是0-15m。
图4A的上部图像描绘了示例范围图像结果，并且图4A的下部图像描绘了常规的直方图-分箱技术的示例强度图像结果。
图4B的上部图像描绘了示例范围图像结果，并且图4B的下部图像描绘了方法200(图2)的示例强度图像结果，在方法200中，帧中的时间戳的一半被用于第一处理通道，并且另一半被用于第二处理通道。
图4C的上部图像描绘了示例范围图像结果，并且图4C的下部图像描绘了方法200(图2)的示例强度图像结果，在方法200中，以帧到帧交错(frame-to-frame-interlacing)方式，第一帧中的所有时间戳中被用于第一处理通道，并且随后的第二帧中的所有时间戳被用于第二处理通道。应注意，以帧到帧交错方式处理时间戳有效地使针对每个帧处理的时间戳的数量加倍。
图4D的上部图像描绘了示例范围图像结果，并且图4D的下部图像描绘了方法300(图3)的示例强度图像结果。
如从图4A至图4D可看出，在此公开的技术提供了与通过常规的直方图-分箱技术提供的估计的传播时间相当的光脉冲的估计的传播时间。
如本领域技术人员将认识到的，在此描述的创新性构思可在广泛的应用范围上进行修改和变化。因此，要求保护的主题的范围不应限于以上讨论的任何特定示例性教导，而是反而由权利要求限定。

Claims (21)

1.一种确定光脉冲的传播时间的方法，所述方法包括：
生成在光脉冲源与光传感器阵列的像素之间传播的多个光脉冲的多个时间戳值，每个时间戳值包括在光脉冲源与所述像素之间传播的相应的光脉冲的飞行的时间；和
将光脉冲在光脉冲源与所述像素之间的传播时间确定为所述多个时间戳值中最频繁的时间戳值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个时间戳值包括帧中的时间戳值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个时间戳值包括时间戳值数据的流。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，时间戳值包括非量化值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定在光脉冲源与所述像素之间的传播时间的步骤包括：
将元素集合中的每个元素的值初始化为等于零，元素集合包括预定数量的元素；
初始化与元素集合中的每个元素相关联的计数器的值；
通过确定每个时间戳值是否等于元素集合中的元素的值来处理所述多个时间戳值；
针对任一时间戳值，
如果元素集合中的元素的值等于零，则用所述时间戳值来替换所述元素的值，并且递增与被替换的元素相关联的计数器的值，
如果所述时间戳值等于元素集合中的元素的值，则递增与具有等于所述时间戳值的值的元素相关联的计数器的值，
如果所述时间戳值不等于元素集合中的元素的值，则递减与元素集合中的元素相关联的计数器中的所有计数器的值；
在已经处理所述多个时间戳值中的所有时间戳值之后，
初始化与元素集合中的元素对应的每个计数器的值，
确定所述多个时间戳值中的每个时间戳值是否等于元素集合中的元素的值，
针对任一时间戳值，如果所述时间戳值等于元素集合中的元素的值，则递增与具有等于所述时间戳值的值的元素相关联的计数器的值，和
将元素集合中的与最大的计数器值相关联的元素的值确定为表示光脉冲在光脉冲源与所述像素之间的传播时间的时间戳值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多个时间戳值包括第一组时间戳值和第二组时间戳值，
其中，处理所述多个时间戳值的步骤包括：使用第一组时间戳值，并且
其中，在已经处理所述多个时间戳值中的所有时间戳值之后，处理所述多个时间戳值的步骤包括：使用第二组时间戳值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，第一组时间戳值包括来自第一帧的时间戳值，并且第二组时间戳值包括来自第一帧之后的第二帧的时间戳值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，第一组时间戳值和第二组时间戳值在一起包括一帧中的时间戳值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，确定光脉冲源与所述像素之间的传播时间的步骤包括：
将元素集合中的每个元素的值初始化为等于零，元素集合包括预定数量的元素；
初始化与元素集合中的每个元素相关联的计数器的值；
通过以下步骤处理所述多个时间戳值：
确定每个时间戳值是否等于元素集合中的元素的值；
针对任一时间戳值，
如果元素集合中的元素的值等于零，则用所述时间戳值来替换所述元素的值，并且递增与被替换的元素相关联的计数器的值，
如果所述时间戳值等于元素集合中的元素的值，则递增与具有等于所述时间戳值的值的元素相关联的计数器的值，
如果所述时间戳值不等于元素集合中的元素的值，则用所述时间戳值替换与最小计数器值相关联的元素的值，并且将与被替换的元素相关联的计数器的值递增1；和
在已经处理所述多个时间戳值中的所有时间戳值之后，
将元素集合中的具有最大计数器值的元素的值确定为表示光脉冲在光脉冲源与所述像素之间的传播时间的时间戳值。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：针对所述多个时间戳值的每个时间戳值，将至少一对相邻值添加到所述多个时间戳值，每个相邻值对以所述多个时间戳值的分辨率的预定数量的整数单位来将相应的时间戳值包围。
11.一种确定光脉冲的传播时间的系统，所述系统包括：
多个寄存器；
多个计数器，每个计数器与相应的寄存器相关联；和
时间戳评估器，被配置为确定多个时间戳值中的每个时间戳值是否等于存储在所述多个寄存器之一中的值，
针对任一时间戳值，
如果存储在寄存器中的值等于零，则时间戳评估器用所述时间戳值来替换所述寄存器的值，并且递增与所述寄存器相关联的计数器的值，
如果所述时间戳值等于存储在寄存器中的值，则时间戳评估器递增与所述寄存器相关联的计数器的值，以及
如果所述时间戳值不等于存储在寄存器中的值，则时间戳评估器递减与所述多个寄存器中的所有寄存器相关联的所述多个计数器中的所有计数器的值，并且
在已经评估所述多个时间戳值中的所有时间戳值之后，时间戳评估器还被配置为：
初始化每个计数器的值，
确定所述多个时间戳值中的每个时间戳值是否等于存储在寄存器中的值，
针对任一时间戳值，如果所述时间戳值等于存储在寄存器中的值，则递增与存储等于所述时间戳值的值的寄存器相关联的计数器的值，以及
将与最大的计数器的值相关联的寄存器的时间戳值确定为表示光脉冲在光脉冲源与光传感器阵列的像素之间的传播时间的时间戳值。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述多个时间戳值包括帧中的时间戳值。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，时间戳值包括非量化值。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述多个时间戳值包括第一组时间戳值和第二组时间戳值，
其中，时间戳评估器处理所述多个时间戳值的步骤包括使用第一组时间戳值，并且
其中，时间戳评估器还被配置为：
确定第一组时间戳值的每个时间戳值是否等于存储在所述多个寄存器之一中的值，
针对任一时间戳值，
如果存储在寄存器中的值等于零，则用所述时间戳值来替换所述寄存器的值，并且递增与所述寄存器相关联的计数器的值，
如果所述时间戳值等于存储在寄存器中的值，则递增与所述寄存器相关联的计数器的值，以及
如果所述时间戳值不等于存储在寄存器中的值，则递减与所述多个寄存器中的所有寄存器相关联的所述多个计数器中的所有计数器的值，并且
其中，在已经评估第一组时间戳值中的所有时间戳值之后，时间戳评估器还被配置为：
初始化每个计数器的值，
确定第二组时间戳值中的每个时间戳值是否等于存储在寄存器中的值，
针对任一时间戳值，如果所述时间戳值等于存储在寄存器中的值，则递增与存储等于所述时间戳值的值的寄存器相关联的计数器的值，和
将与最大的计数器的值相关联的寄存器的时间戳值确定为表示光脉冲在光脉冲源与所述像素之间的传播时间的时间戳值。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，第一组时间戳值包括来自第一帧的时间戳值，并且第二组时间戳值包括来自第一帧之后的第二帧的时间戳值。
16.根据权利要求11所述的系统，其中，所述多个时间戳值包括时间戳值数据的流。
17.根据权利要求11所述的系统，其中，针对所述多个时间戳值中的每个时间戳值，将至少一对相邻值添加到所述多个时间戳值，每个相邻值对以所述多个时间戳值的分辨率的预定数量的整数单位来将相应的时间戳值包围。
18.一种确定光脉冲的传播时间的系统，所述系统包括：
多个寄存器；
多个计数器，每个计数器与相应的寄存器相关联；和
时间戳评估器，被配置为确定多个时间戳值中的每个时间戳值是否等于存储在寄存器中的值；
针对任一时间戳值，
如果存储在所述寄存器中的值等于零，则时间戳评估器用所述时间戳值来替换所述寄存器的值，并且递增与所述寄存器相关联的计数器，
如果所述时间戳值等于存储在寄存器中的值，则时间戳评估器递增与存储等于所述时间戳值的值的所述寄存器相关联的计数器，
如果所述时间戳值不等于存储在寄存器中的值，则时间戳评估器用与至少一个计数器相关联的所述时间戳值来替换所述寄存器的值，并且将与具有被替换的值的所述寄存器相关联的计数器的值递增1；并且
在已经评估所述多个时间戳值中的所有时间戳值之后，时间戳评估器还被配置为将存储在具有最大计数器值的寄存器中的时间戳值确定为表示光脉冲在光脉冲源与光传感器阵列的像素之间的传播时间的时间戳值。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述多个时间戳值包括帧中的时间戳值。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，针对所述多个时间戳值中的每个时间戳值，将至少一对相邻值添加到所述多个时间戳值，每个相邻值对以所述多个时间戳值的分辨率的预定数量的整数单位来将相应的时间戳值包围。
21.根据权利要求18所述的系统，其中，时间戳值包括非量化值。
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