CN116338709A - 飞行时间的测量方法、存储介质和装置 - Google Patents

飞行时间的测量方法、存储介质和装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种飞行时间的测量装置、存储介质和装置。本申请通过获取TDC在积分周期采集的多个时间戳集合，然后将多个时间戳集合进行组后累加得到多个分片，以分片为粒度进行相干处理得到相干时间戳集合，以及根据相干时间戳集合生成直方图数据，使直方图数据中回波信号对应的时间戳的计数值基本保持不变，噪声信号对应的时间戳的计数值进行抑制，从而提高距离探测器的信号背景噪声比SBNR，有效提高距离探测器测量飞行时间的精确度。

Description

飞行时间的测量方法、存储介质和装置
技术领域
本申请涉及测量领域，尤其涉及一种飞行时间的测量方法、存储介质和装置。
背景技术
飞行时间(Time of flight，TOF)测量系统在各种三维测距和三维成像领域有着重要的应用，例如自动驾驶、人脸识别、3D游戏、以及虚拟现实等。具体的，飞行时间测量(TOF)技术是光源发射连续或脉冲的出射光束，遇被测目标反射后返回，光电传感器接收返回的回波光束，通过计算发射出射光束和接收回波光束的时间差，或计算出射光束和回波光束的相位差，来换算被测目标的距离，即深度信息。
在飞行时间的实际测量过程中，环境光的干扰以及光电传感器本身的暗噪声等会导致测量系统产生大量的干扰信息，即噪声信号。因此，如何避免噪声信号的影响以提升飞行时间测距的精准度是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本申请实施例所要解决的技术问题在于，提供一种飞行时间的测量方法、存储介质和装置，降低噪声信号对测量的影响，提高测量飞行时间的准确性。
第一方面，本申请提供了一种飞行时间的测量方法，包括：
获取N个时间戳集合；其中，N为大于1的整数，每个时间戳集合表示一个积分周期对应的光子事件，所述每个时间戳集合包括多个时间戳，各个时间戳的积分周期相等，每个时间戳集合包括TDC在积分周期内采集到的一个或多个回波信号的时间戳；
将所述N个时间戳集合划分为K个组；其中，K为大于1的整数，每个组包括一个或多个时间戳集合；各个组的时间戳集合的数量可以相等，也可以不相等；
将各个组包括的时间戳集合进行累加得到K个分片；其中，每个分片包括多个时间戳；
将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合；
基于所述相干时间戳集合生成直方图数据；
根据所述直方图数据确定飞行时间。
第二方面，本申请提供了一种飞行时间的测量装置，包括：
获取单元，用于获取N个时间戳集合；其中，N为大于1的整数，每个时间戳集合表示一个积分周期对应的光子事件，所述每个时间戳集合包括多个时间戳，各个时间戳集合的积分周期相等；
划分单元，用于将所述N个时间戳集合划分为K个组；其中，K为大于1的整数，每个组包括一个或多个时间戳集合；
累加单元，用于将所述各个组包括的时间戳集合进行累加得到K个分片；其中，每个分片包括多个时间戳；
相干单元，用于将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合；
生成单元，用于基于所述相干时间戳集合生成直方图数据；
确定单元，用于根据所述直方图数据确定飞行时间。
基于同一申请构思，由于该装置解决问题的原理以及有益效果可以参见上述各可能的距离补偿装置的方法实施方式以及所带来的有益效果，因此该装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
本申请的又一方面提了供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。
本申请的又一方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。
在本申请实施例中，获取时间数字转换器在积分周期上采集得到的多个时间戳集合，将多个时间戳集合以分片为单位进行划分，划分后的多个分片之间相互进行相干运算得到相干时间戳集合，然后利用相干时间戳集合生成直方图数据，由此，本申请可以通过直方图数据中时间戳计数值的大小确定回波信号和噪声信号，通过直方图数据中时间戳确定飞行时间和噪声信号对应的时间戳，这样不仅提高了距离探测器的信号背景噪声比SBNR，还有效提高距离探测器测量飞行时间的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1A是本申请实施例提供的飞行时间测量装置中探测器的结构示意图；
图1B是本申请实施例提供的生成直方图数据原理示意图；
图1C和图1D为直方图数据的示意图
图2是本申请实施例提供的一种飞行时间的测量方法的流程示意图；
图3是本申请实施例提供的组内的时间戳集合进行累加的示意图；
图4和图5是本申请实施例提供的分片相干处理的原理示意图；
图6是本申请实施例的相干处理前的直方图数据；
图7是本申请实施例提供的相干处理后的直方图数据；
图8是本申请实施例提供的一种飞行时间的测量装置的结构示意图；
图9是本申请实施例提供的一种飞行时间的测量装置的另一结构示意图。
具体实施方式
为使得本申请实施例的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
参见图1A，为本申请实施例提供的飞行时间测量装置的架构图，在本申请实施例中，测量装置包括：发射器(图中未示出)和探测器。发射器用于发射激光脉冲，探测器可以包括像素单元、时间数字转换器(time-to-digital converter，TDC)和随机存取存储器(random access memory，RAM)，其中，该像素单元可以包括一个或多个单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)。
DTOF(direct time of flight，直接测量飞行时间)测量的基本过程为：DTOF会在单帧测量时间内发射N次脉冲信号和接收N次回波信号，然后对记录的N次脉冲信号的飞行时间做直方图统计，其中出现频率最高的飞行时间用于计算激光雷达与目标物体之间距离。
具体地，发射器向目标物体发射脉冲信号，脉冲信号遇到目标物体发生反射，像素单元或像素阵列接收目标物体反射的回波信号，将该回波信号转换为电信号，TDC记录电信号的生成时间(又称为时间戳)，该生成时间作为回波信号的到达时间，RAM存储回波信号的到达时间，根据脉冲信号的发射时间和回波信号的到达时间即可得到飞行时间TOF，进而可以根据恒定的光速和飞行时间计算目标物体的距离。
然而，在实际的测量过程中，由于探测器的高灵敏度特性，探测器接收的信号除回波信号之外，还可能存在噪声信号，噪声信号的来源包括探测器内部的器件或环境光的入射，探测器并不能有效区分接收到的信号哪些是噪声信号，哪些是回波信号。为了降低噪声信号对DTOF测量结果的影响，相关技术采用时间相干单光子计数(time-correlatedsingle photon counting，TCSPC)来测量飞行时间。其主要原理是发射器在一个时间帧内多次发射激光脉冲信号，由于目标物体的运动速度远小于光速，同一个时间帧内目标物体的距离可视为保持不变，即飞行时间保持不变，由于回波信号的到达时间具有相干性或一致性的特性，而噪声信号的到达时间具有随机性，因此，在经历多个积分周期之后，SiPM(Silicon photomultiplier，硅光电倍增管)可以基于多个SPAD(Single PhotonAvalanche Diode，单光子雪崩二极管)在各积分周期内累积的回波信号在噪声信号中脱颖而出。
例如：参见图1B所示，时间帧由N个积分周期组成，N为大于1的整数，探测器在各个积分周期内接收到的回波信号使用斜线填充的矩形表示，接收到的噪声信号使用灰色填充的矩形表示。发射器在第1积分周期～第N积分周期的起始时间发射激光脉冲信号，从图1B中可以看出，探测器在各个积分周期除接收到回波信号之外，还会接收到多个噪声信号，由于回波信号的位置基本保持不变，而各个噪声信号的位置相对随机。因此，根据发射器发出脉冲信号的时间和探测器接收到回波信号的时间可以计算出飞行时间(TOF)，然后统计同一飞行时间对应的计数值(累计次数)，根据累计次数生成图1B下方的直方图(histogram)，直方图的横轴表示时间，纵轴表示计数值，直方图中计数值最大对应的时间即为飞行时间。
可以看出，对于当前的基于DTOF飞行时间的测量方法，其测量所得到正确飞行时间取决于能否正确识别出在直方图中计数值的峰值位置，进而识别出正确飞行时间。当环境光较弱和目标距离较小的时候，信噪比(signal-to-background noise ratio，SBNR)较大，回波信号对应的直方图的峰值容易的经过多个积分周期后得到，如下图1C所示。然而，当环境光的光强较强或者目标物体的距离较大，探测器接收到的信号光子随距离变大而变少，而接收到的环境光子仍保持不变的时候，SBNR就会较小，噪声信号的随机性可能导致的直方图上的噪声信号的部分峰值波动就有可能大于信号光子对应的峰值，从而使后端电路峰值识别错误，造成探测错误，如下图1D所示。而且在环境光越强，被测目标距离越远的时候，噪声信号的峰值掩盖回波信号的峰值的概率就越大，进而使探测正确率大幅下降。
请参见图2，图2是本申请实施例提供的一种飞行时间的测量方法的流程示意图，该方法包括但不限于如下步骤：
S201、获取N个时间戳集合。
其中，1个时间戳集合用于表示1个积分周期对应的光子事件，其可以包括噪声事件和回波信号事件。各个时间戳集合对应的积分周期相等，TDC记录回波信号(被目标物体反射的脉冲信号)和噪声信号的接收时间，将每个积分周期内记录到的回波信号以及噪声信号的时间戳存储到存储器中。TDC在一个积分周期内记录到的多个回波信号以及多个噪声信号的时间戳组成一个时间戳集合，记录积分周期内回波信号以及噪声信号的时间戳的具体过程可参照图1A和图1B的描述，此处不再赘述。本申请的测量装置获取N个积分周期内TDC记录的N个时间戳集合，每个时间戳集合包括至少一个时间戳，各个时间戳集合的时间戳数量可能相等也可能不相等。
举例来说，N＝4，第1个积分周期对应的时间戳集合包括2个时间戳：t11、t12，第2个积分周期对应的时间戳集合包括4个时间戳：t21、t22、t23、t24，第3个积分周期对应的时间戳集合包括4个时间戳：t31、t32、t33、t34，第4个积分周期对应的时间戳集合包括7个时间戳：t41、t42、t43、t44、t45、t46、t47。
可以理解的是，同一时间戳集合内相邻的两个时间戳之间的时间间隔大于或等于TDC的最小时间分辨率，这是由TDC的硬件能力决定的。
S202、将所述N个时间戳集合划分为K个组。
其中，N个积分周期可以属于同一帧，即测量装置以帧为时间单位测量目标物体的飞行时间，N为大于1的整数，探测器在积分周期内探测到的信号可能为噪声信号，也有可能为回波信号。噪声信号可能是由外部环境中产生的或器件内部产生的或其他方式产生的，噪声信号对应的时间戳是随机分布于积分周期上，而回波信号的时间戳和目标物体的距离有关，距离测量结果在N个积分周期内相近，因此回波信号会集中分布在积分周期的特定位置。在每个积分周期的初始时刻，发射器向目标物体发射脉冲信号，以使得每个积分周期上有且仅有1个回波信号。本申请实施例将N个时间戳集合划分为K个组，每个组内包括一个或多个时间戳集合，各个组的时间戳集合数量可以相等或不相等。
举例来说，N＝10，10个时间戳集合分别为：时间戳集合1、时间戳集合2、时间戳集合3、...、时间戳集合10，将10个时间戳集合划分为4个组，第1个组包括时间戳集合1～时间戳集合3，时间戳集合数量为3；第2个组包括时间戳集合4～时间戳集合6，时间戳集合数量为3；第3个组包括时间戳集合7～时间戳集合8，时间戳集合数量为2；第4个组包括时间戳集合9～时间戳集合10，时间戳集合数量为2。
可以理解的是，在各个组的时间戳集合数量相等的情况下，每个组的时间戳集合数量为M，那么K＝N/M，即将N个时间戳集合划分为K个组。
可能地，在各组的时间戳集合数量大于1的情况下，多个时间戳集合的序号并非要求是连续的。
S203、将各个组包括的时间戳集合进行累加得到K个分片。
其中，对于每个组来说，组内的各个时间戳集合的积分周期相等，在对组内的各个时间戳集合进行累加之前，将各个时间戳集合对应的积分周期进行对齐处理，即各个时间戳集合对应的积分周期的起始时刻相互重合且结束时刻相互重合。然后将组内的各个时间戳集合进行合并得到一个分片。例如：某个组包括时间戳集合1和时间戳集合2，时间戳集合1包括时间戳t0和t1，时间戳集合2包括时间戳集合t3、t1、t4和t6，那么将第1个组内的两个时间戳集合进行累加得到对应的分片为：t0、t1、t1、t3、t4、t6。需要说明的是，在对K个组内的时间戳集合进行累加时，可以采用并行的方式同时执行K个累加流程，从而减少运算处理的时间。
举例来说，参见图3所示，获取的时间戳集合的数量为N，将N个积分周期划分为多个组，每个组包含M个积分周期，那么组的数量为N/M。第1个分片(slice 1)的生成过程：第1积分周期对应的时间戳集合包括6个时间戳，任意一个时间戳集合中相邻的两个时间戳之间的时间间隔t至少为SPAD的死区时间(Tdedtime)，并且时间间隔t一般远大于TDC的时间分辨率。第2积分周期对应的时间戳集合包括6个时间戳，…，第M个积分周期对应的时间戳集合包括6个时间戳；第1个积分周期～第M个积分周期的起始时刻为0，结束时刻为T0，将第1个积分周期～第M个积分周期进行对齐处理后，然后将组内的M个时间戳集合进行累加得到第1个分片，第1个分片的时间长度为0-T0。以此类推，将第N-M个积分周期对应的时间戳集合～第N个积分周期对应的时间戳集合进行累加得到第N/M个分片(slice(N/M))。
S204、将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合。
其中，以分片为基本粒度进行相干处理得到相干时间戳集合，相干处理的目的是将回波信号的时间戳进行集中化和将噪声信号的时间戳进行随机化，以增强回波信号，抑制噪声信号。
在一种可能的实施方式中，可以将所有的K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，以提高相干处理的准确性，也可以从K个分片中选择L个分片进行相干处理得到相干时间戳集合。
其中，从K个分片中选择L个分片的规则如下：
1、从K个分片中选择L个奇数分片。
例如：K＝10，L＝5，10个分片分别为：分片1、分片2、分片3、分片4、分片5、分片6、分片7、分片8、分片9和分片10，从10个分片中选择奇数分片：分片1、分片3、分片5、分片7、分片9，将上述5个奇数分片进行相干处理得到相干时间戳集合。
2、从K个分片中选择L个偶数分片。
例如：K＝10，L＝3，10个分片分别为：分片1、分片2、分片3、分片4、分片5、分片6、分片7、分片8、分片9和分片10，从10个分片中选择偶数分片：分片6、分片8和分片10，将上述3个偶数分片进行相干处理得到相干时间戳集合。
3、随机在K个分片中选择L个分片。
例如：K＝10，L＝7，10个分片分别为：分片1、分片2、分片3、分片4、分片5、分片6、分片7、分片8、分片9和分片10，从10个分片中随机选择7个分片：分片1、分片2、分片3、分片6、分片7、分片9和分片10，将上述7个分片进行相干处理得到相干时间戳集合。
4、将K个分片根据时间戳数量进行升序排列，时间戳数量表示分片包含的时间戳的数量，然后选择排在前面的L个分片，将选择的L个分片进行相干处理，通过选择时间戳数量少的分片进行相干处理，可以减少相干处理的运算量。
例如：K＝10，L＝5，10个分片分别为：分片1、分片2、分片3、分片4、分片5、分片6、分片7、分片8、分片9和分片10。分片1的时间戳数量为11，分片2的时间戳数量为10，分片3的时间戳数量为9，分片4的时间戳数量为8，分片5的时间戳数量为7，分片6的时间戳数量为6，分片7的时间戳数量为5，分片8的时间戳数量为4，分片9的时间戳数量为3，分片10的时间戳数量为2。将10个分片进行时间戳数量进行升序排列为：分片10、分片9、分片8、分片7、分片6、分片5、分片4、分片3、分片2、分片1，从上述10个分片中选择排在前面的5个分片：分片10、分片9、分片8、分片7、分片6进行相干处理得到相干时间戳集合。
5、将K个分片根据时间戳数量进行降序排列，然后选择排在后面的L个分片，将选择的L个分片进行相干处理，通过选择时间戳数量少的分片进行相干处理，可以减少相干处理的运算量。
例如：K＝10，L＝5，10个分片分别为：分片1、分片2、分片3、分片4、分片5、分片6、分片7、分片8、分片9和分片10。分片1的时间戳数量为20，分片2的时间戳数量为21，分片3的时间戳数量为22，分片4的时间戳数量为23，分片5的时间戳数量为27，分片6的时间戳数量为28，分片7的时间戳数量为30，分片8的时间戳数量为31，分片9的时间戳数量为33，分片10的时间戳数量为36。将10个分片进行时间戳数量进行降序排列为：分片10、分片9、分片8、分片7、分片6、分片5、分片4、分片3、分片2、分片1，从上述10个分片中选择排在后面的5个分片：分片5、分片4、分片3、分片2、分片1进行相干处理得到相干时间戳集合。
在一种可能的实施方式中，将从K个分片中选择的L个分片进行相干处理得到相干时间戳集合的步骤包括：
将L个分片的时间长度分别划分为连续分布的P个时间窗；
根据L个分片的时间窗得到相干时间戳集合。
其中，L个分片的时间长度均划分为P个连续分布的时间窗，L个分片的积分周期相等，L个分片上的P个时间窗在横坐标时间轴上的分布位置相同，第1个分片对应的时间窗为W11、W12、…、W1P，第2个分片对应的时间窗为W21、W22、…W2P，第L个分片对应的时间窗为WL1、WL2、…，WLP。相干时间戳集合的积分周期也划分为P个连续的时间窗，即相干时间戳集合的时间窗分布位置和L个分片的时间窗分布位置完全相同。根据如下规则来确定相干时间戳集合的各个时间窗内的时间戳：对于相干时间戳集合中的任意一个时间窗，设为第i个时间窗，1≤i≤P，将L个分片中相同时间窗位置的时间戳进行处理，如果时间窗W1i、W2i、…、WLi中存在至少一个时间窗未覆盖时间戳，则相干时间戳集合的第i个时间窗内不设置时间戳，如果上述的L个时间窗中均覆盖时间戳，则将上述L个时间窗内的时间戳进行累加得到相干时间戳集合的第i个时间窗内的时间戳。
举例来说，参见图4，表示多个分片进行相干处理的原理示意图，L个分片(slice)分别为分片1、分片2、…分片L，分片1～分片L之间的积分周期的相同，积分周期的起始时刻为0，结束时刻为T0。如图所示，分片1～分片L的积分周期均划分为25个时间窗，时间窗的长度为dt，例如：时间窗的长度为TDC最小时间分辨率的2倍。由于分片1～分片L之间的积分周期相同，那么分片1～分片L中时间窗的分布位置也完全相同。将分片1～分片L进行相干运算得到相干时间戳集合，即图4中slice1-L对应的相干运算结果，相干时间戳集合的积分周期和分片1～分片L的积分周期相同，相干时间戳集合上的积分周期同样划分为25个时间窗，相干时间戳集合的时间窗分布位置和分片1～分片L的时间窗分布位置也完全相同。对于相干时间戳集合上的第1个时间窗来说，分片1的第1个时间窗和分片L的第1个时间窗未覆盖时间戳，那么相干时间戳集合的第1个时间窗内也不设置时间戳；对于相干时间戳集合的第9个时间窗来说，分片1～分片L的第9个时间窗内均覆盖有时间戳，则将上述9个时间窗内的时间戳进行累加得到相干时间戳集合的第9个时间窗内的时间戳。以此类推，可以得到如图4所示的相干时间戳集合上25个时间窗内的时间戳的分布情况。换言之，本申请的相干过程可概括为：分片1～分片L上的各个时间窗来说，如果时间窗内覆盖有时间戳则记为“1”，如果未覆盖时间戳则记为“0”，将分片1～分片L上相同位置的L个时间窗进行与运算得到相干时间戳集合对应位置时间窗上的运算结果，如果运算结果为0，则对应时间窗内不输出时间戳；如果运算结果为1，则将所有时间窗内的时间戳进行累加后输出。
在另一种可能的实施方式中，将K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，包括：
为第X个分片中的每个时间戳设置一个时间窗；时间窗需覆盖时间戳，可选的，时间戳可以位于相应时间窗的中心位置；
根据第X个分片的时间窗位置为第X个分片的前L个分片设置时间窗，前L个分片和第X个分片的时间窗分布位置完全相同；
根据第X个分片和前L个分片得到第X个分片对应的中间相干时间戳集合；
确定第X个分片到第K个分片对应的K-X+1个中间相干时间戳集合；
将K-X+1个中间相干时间戳集合进行累加得到相干时间戳集合。
其中，第X个分片为K个分片中的任意一个分片，由于需要对第X个分片的前L个分片进行处理，因此X满足的条件为X≥L+1，则X＝L+1、L+2、…、K，X和L为大于1的整数；为第X个分片中的每个时间戳设置一个时间窗，然后根据第X个分片的时间窗位置为前L个分片分别设置对应的时间窗，即第X个分片中时间窗设置的位置和数量和前L个分片中时间窗设置的位置和数量相同。由于不同的分片对应的时间戳位置和数量可能不同，因此不同的分片相应的时间窗中的时间戳可能具有不同的位置关系，设第X个分片的时间窗数量为PX，相应的其前L个分片的时间窗数量也为PX，则第X个分片对应的时间窗分别为WX1、WX2、…、
Figure BDA0003432246890000101
相应的第X-1个分片对应的时间窗分别为W(X-1)1、W(X-1)2、…、/>
Figure BDA0003432246890000111
第X-L个分片对应的时间窗分别为W(X-L)1、W(X-L)2、…、/>
Figure BDA0003432246890000112
可以理解的是，由于第X个分片对应的中间相干时间戳集合和第X个分片的时间长度相等且对齐，该中间相干时间戳集合的时间长度同样划分为PX个，例如，本申请实施例共有10(K＝10)个分片，其中第5(X＝5)个分片有9个时间戳，则设置9个时间窗，那么相应地，前4(L＝4)个分片也设置9个时间窗，再比如第6个分片有5个时间戳，则设置5个时间窗，前5个分片也设置5个时间窗。对于第X个分片对应的中间相干时间戳集合的任意一个时间窗来说，设任意一个时间窗为第i个时间窗，1≤i≤PX，如果时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i中存在至少一个时间窗内未覆盖时间戳，则第i个时间窗内不设置时间戳；如果时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i均覆盖时间戳，则将时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i内的时间戳进行累加，得到第i个时间窗内的时间戳。换言之，此处确定中间相干时间戳集合的过程为：分片X～分片X-L上的各个时间窗来说，如果时间戳覆盖有时间戳则记为“1”，如果时间戳未覆盖时间戳则记为“0”，将分片X～分片X-L上相同位置的L+1个时间窗进行与运算得到中间相干时间戳集合对应位置时间窗上的运算结果，如果运算结果为0，则对应时间窗内不输出时间戳；如果运算结果为1，则将所有时间窗内的时间戳进行输出。
举例来说，参见图5所示，首先确定分片X上各个时间戳在积分周期上的位置，然后以各个时间戳为中心点设置一个时间窗，各时间窗之间可以不连续，图5中分片X对应的时间窗的数量为12个，则分片X-1～分片X-L个分片设置的时间窗的数量也为12个，然后比较分片X～分片X-L中相同位置的时间窗内的时间戳，如果相同位置的L+1个时间窗中有至少一个时间窗未覆盖时间戳，则不输出时间戳；如果相同位置的L+1个时间窗内均覆盖时间戳，则将L+1个时间窗内所有的时间戳进行累加后进行输出。
根据图5的方法可以得到第X个分片～第K个分片各自对应的中间相干时间戳集合，数量共计为K-X+1个，然后将K-X+1个中间相干时间戳集合进行累加得到最终的相干时间戳集合，累加的方法可以参照组内的时间戳集合的累加过程，此处不再赘述。
需要说明的是，在计算第X个分片到第K个分片各自对应的中间相干时间戳集合时，可以采用对K-X+1个分片同时进行划分时间窗的方式来执行，例如：同时调用K-X+1个计算线程分别计算各个分片对应的中间相干时间戳集合，由此可以提高相干处理的运算速度。
S205、基于相干时间戳集合生成直方图数据。
其中，直方图数据中的横坐标表示相干时间戳集合的时间长度以及在该时间长度上划分的时间窗，纵坐标表示时间戳集合中各时间窗对应的时间戳的数目。
例如：参见图6和图7所示的直方图数据，图6为相干处理之前的直方图，直方图中的计数值由于噪声信号的影响，峰值不够突出；图7为基于分片为粒度进行相干处理后得到的直方图数据，可以看出图7中峰值之外的计数值得到抑制，峰值较为突出，峰值对应的时间约为400ns。
S206、根据所述直方图数据确定飞行时间。
其中，将所述直方图数据中计数值最大的时间戳作为信号接收时刻，基于脉冲信号的发射时刻和所述信号接收时刻计算飞行时间，例如：直方图数据中计数值最大的时间戳为t1，预设的信号发射时刻为t0，那么飞行时间为t1-t0，然后根据飞行时间和光速即可计算出探测器到目标物体之间的距离。
根据图2的描述，获取时间数字转换器在积分周期上采集得到的多个时间戳集合，将多个时间戳集合以分片为单位进行划分，划分后的多个分片之间相互进行相干运算得到相干时间戳集合，然后利用相干时间戳集合生成直方图数据，由此可以根据直方图数据计数值的峰值位置确定目标物体正确的飞行时间，实现使直方图数据中回波信号对应的时间戳的计数值基本保持不变，噪声脉冲信号对应的时间戳的计数值进行抑制，从而提高距离探测器的信号背景噪声比SBNR，有效提高距离探测器测量飞行时间的精确度。
上述详细阐述了本申请实施例的一种飞行时间的测量装置，下面提供了本申请实施例的一种飞行时间的测量装置(以下简称装置8)。
图8所示的装置3可以实现图2所示实施例的飞行时间的测量装置，装置8包括获取单元801、划分单元802、累加单元803、相干处理804、生成单元805和确定单元806。
获取单元801，用于获取N个时间戳集合；其中，N为大于1的整数，每个时间戳集合表示一个积分周期对应的光子事件，所述每个时间戳集合包括多个时间戳，各个时间戳集合的积分周期相等；
划分单元802，用于将所述N个时间戳集合划分为K个组；其中，K为大于1的整数，每个组包括一个或多个时间戳集合；
累计单元803，用于将各个组包括的时间戳集合进行累加得到K个分片；其中，每个分片包括多个时间戳；
相干单元804，用于将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合；
生成单元805，用于基于所述相干时间戳集合生成直方图数据；
确定单元806，用于根据所述直方图数据确定飞行时间。
在一个或多个实施例中，各个组的时间戳集合数量是相等的，K＝N/M，M为各个组的时间戳集合数量，M为大于或等于1的整数。
在一个或多个实施例中，所述将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，包括：
在所述K个分片中选择L个分片；其中，1＜L≤K，L为整数；
将所述L个分片进行相干处理得到相干时间戳集合。
在一个或多个实施例中，所述L个分片为所述K个分片中的偶数分片；或
所述L个分片为所述K个分片中的奇数分片；或
所述L个分片为所述K个分片中排在后面的L个分片；其中，所述K个分片是基于时间戳数量降序排列的。
在一个或多个实施例中，所述将所述L个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，包括：
将所述L个分片的时间长度分别划分为连续的P个时间窗；其中，第1个分片对应的时间窗为W11、W12、…、W1P，第2个分片对应的时间窗为W21、W22、…、W2P，…，第L个分片对应的时间窗为WL1、WL2、…WLP；
根据所述L个分片的时间窗得到相干时间戳集合；其中，所述相干时间戳集合的积分周期等于所述L个分片的积分周期，所述相干时间戳集合的积分周期划分为连续分布的P个时间窗；对于所述相干时间戳集合内的第i个时间窗来说，1≤i≤P，如果时间窗W1i、W2i、…、WLi中存在至少一个时间窗未覆盖时间戳，则相干时间戳集合中的第i个时间窗内不设置时间戳；如果时间窗W1i、W2i、…、WLi中均覆盖时间戳，则将时间窗W1i、W2i、…、WLi中的时间戳进行累加得到相干时间戳集合中的第i个时间窗内的时间戳。在一个或多个实施例中，所述将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，包括：
为第X个分片中的每个时间戳设置一个时间窗；其中，所述第X个分片位于所述K个分片中，X＝L+1、L+2、……、K，X和L为大于1的整数；
根据所述第X个分片的时间窗位置为所述第X个分片的前L个分片设置时间窗；其中，所述第X个分片对应的时间窗数量为PX，所述第X个分片对应的时间窗分别为WX1、WX2、…、
Figure BDA0003432246890000141
第X-1个分片对应的时间窗为W(X-1)1、W(X-1)2、…、/>
Figure BDA0003432246890000142
…，第X-L个分片对应的时间窗分别为W(X-L)1、W(X-L)2、…、/>
Figure BDA0003432246890000143
根据所述第X个分片和所述前L个分片得到中间相干时间戳集合；其中，所述中间相干时间戳集合的积分周期和所述第X个分片的积分周期相等，所述中间相干时间戳集合的积分周期划分为PX个时间窗；对于所述中间相干时间戳集合的第i个时间窗来说，1≤i≤PX，如果时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i中存在至少一个时间窗内未覆盖时间戳，则所述第i个时间窗内不设置时间戳；如果时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i均覆盖时间戳，则将时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i内的时间戳进行累加得到所述第i个时间窗内的时间戳；
确定所述第X个分片到所述第K个分片的K-X+1个分片对应的中间相干时间戳集合；
将所述K-X+1个中间相干时间戳集合进行累加得到相干时间戳集合。
在一个或多个实施例中，以每个所述时间戳为中心在所述第X个分片的积分周期上设置时间窗。
在一个或多个实施例中，所述直方图数据包括多个时间戳和各个时间戳的计数值。
在一个或多个实施例中，所述根据所述直方图数据确定飞行时间，包括：
将所述直方图数据中计数值最大的时间戳作为信号接收时刻；
基于预设的信号发射时刻和所述信号接收时刻计算飞行时间。
本申请实施例和图1A～图7的方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果也相同，具体过程可参照图1A～图7的方法实施例的描述，此处不再赘述。
所述装置8可以为实现相关功能的现场可编程门阵列(field-programmable gatearray，FPGA)，专用集成芯片，系统芯片(system on chip，SoC)，中央处理器(centralprocessor unit，CPU)，网络处理器(network processor，NP)，数字信号处理电路，微控制器(micro controller unit，MCU)，还可以采用可编程控制器(programmable logicdevice，PLD)或其他集成芯片。
上述详细阐述了本申请实施例的一种飞行时间的测量方法，下面提供了本申请实施例的一种飞行时间的测量装置(以下简称装置9)。
图9为本申请实施例提供的一种装置结构示意图，以下简称装置9，装置9可以集成于上述实施例的激光雷达或承载平台中，如图9所示，该装置包括：存储器902和处理器901。
存储器902可以是独立的物理单元，与处理器901通过总线连接。存储器902和处理器901也可以集成在一起，通过硬件实现等。
可选的，装置9还可以包括发射器和接收器，发射器用于发射激光信号，接收器用于接收激光信号。
存储器902用于存储实现以上方法实施例，或者装置实施例各个模块的程序，处理器901调用该程序，执行以上方法实施例的操作：
获取N个时间戳集合；其中，N为大于1的整数，每个时间戳集合表示一个积分周期对应的光子事件，所述每个时间戳集合包括多个时间戳，各个时间戳集合的积分周期相等；
将所述N个时间戳集合划分为K个组；其中，K为大于1的整数，每个组包括一个或多个时间戳集合；
将各个组包括的时间戳集合进行累加得到K个分片；其中，每个分片包括多个时间戳；
将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合；
基于所述相干时间戳集合生成直方图数据；
根据所述直方图数据确定飞行时间。
在一个或多个实施例中，各个组的时间戳集合数量是相等的，K＝N/M，M为各个组的时间戳集合数量，M为大于或等于1的整数。
在一个或多个实施例中，处理器901执行所述将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，包括：
在所述K个分片中选择L个分片；其中，1＜L≤K，L为整数；
将所述L个分片进行相干处理得到相干时间戳集合。
在一个或多个实施例中，
所述L个分片为所述K个分片中的偶数分片；或
所述L个分片为所述K个分片中的奇数分片；或
所述L个分片为所述K个分片中排在后面的L个分片；其中，所述K个分片是基于时间戳数量降序排列的。
在一个或多个实施例中，处理器901执行所述将所述L个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，包括：
将所述L个分片的时间长度分别划分为连续的P个时间窗；其中，第1个分片对应的时间窗为W11、W12、…、W1P，第2个分片对应的时间窗为W21、W22、…、W2P，…，第L个分片对应的时间窗为WL1、WL2、…WLP；
根据所述L个分片的时间窗得到相干时间戳集合；其中，所述相干时间戳集合的积分周期等于所述L个分片的积分周期，所述相干时间戳集合的积分周期划分为连续分布的P个时间窗；对于所述相干时间戳集合内的第i个时间窗来说，1≤i≤P，如果时间窗W1i、W2i、…、WLi中存在至少一个时间窗未覆盖时间戳，则所述相干时间戳集合中的第i个时间窗内不设置时间戳；如果时间窗W1i、W2i、…、WLi中均覆盖时间戳，则将时间窗W1i、W2i、…、WLi中的时间戳进行累加得到相干时间戳集合中的第i个时间窗内的时间戳。
在一个或多个实施例中，处理器901执行所述将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，包括：
为第X个分片中的每个时间戳设置一个时间窗；其中，所述第X个分片位于所述K个分片中，X＝L+1、L+2、……、K，X和L为大于1的整数；
根据所述第X个分片的时间窗位置为所述第X个分片的前L个分片设置时间窗；其中，所述第X个分片对应的时间窗数量为PX，所述第X个分片对应的时间窗分别为WX1、WX2、…、
Figure BDA0003432246890000161
第X-1个分片对应的时间窗分别为W(X-1)1、W(X-1)2、…、/>
Figure BDA0003432246890000162
…，第X-L个分片对应的时间窗为W(X-L)1、W(X-L)2、…、/>
Figure BDA0003432246890000163
根据所述第X个分片和所述前L个分片得到中间相干时间戳集合；其中，所述中间相干时间戳集合的积分周期和所述第X个分片的积分周期相等，所述中间相干时间戳集合的积分周期划分为PX个时间窗；对于所述中间相干时间戳集合的第i个时间窗来说，1≤i≤PX，如果时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i中存在至少一个时间窗内未覆盖时间戳，则所述第i个时间窗内不设置时间戳；如果时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i均覆盖时间戳，则将时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i内的时间戳进行累加得到所述第i个时间窗内的时间戳；
确定所述第X个分片到所述第K个分片的K-X+1个分片对应的中间相干时间戳集合；
将所述K-X+1个中间相干时间戳集合进行累加得到相干时间戳集合。
在一个或多个实施例中，以每个所述时间戳为中心在所述第X个分片的积分周期上设置时间窗。
在一个或多个实施例中，所述直方图数据包括多个时间戳和各个时间戳的计数值。
在一个或多个实施例中，处理器901执行所述根据所述直方图数据确定飞行时间，包括：
将所述直方图数据中计数值最大的时间戳作为信号接收时刻；
基于预设的信号发射时刻和所述信号接收时刻计算飞行时间。
本申请实施例和图2的实施例基于相同的构思，其带来的技术效果也相同，具体过程可参照图2实施例的描述，此处不再赘述。
其中，当上述实施例的飞行时间的测量方法中的部分或全部通过软件实现时，装置也可以只包括处理器。用于存储程序的存储器位于装置之外，处理器通过电路/电线与存储器连接，用于读取并执行存储器中存储的程序。
处理器可以是中央处理器(central processing unit，CPU)，网络处理器(network processor，NP)或者CPU和NP的组合。
处理器还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，可编程逻辑器件(programmablelogic device，PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complexprogrammable logic device，CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gatearray，FPGA)，通用阵列逻辑(generic array logic，GAL)或其任意组合。
存储器可以包括易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(random-access memory，RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如快闪存储器(flash memory)，硬盘(hard disk drive，HDD)或固态硬盘(solid-state drive，SSD)；存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。
上述实施例中，发送单元或发射器执行上述各个方法实施例发送的步骤，接收单元或接收器执行上述各个方法实施例接收的步骤，其它步骤由其他单元或处理器执行。发送单元和接收单元可以组成收发单元，接收器和发射器可以组成收发器。
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序用于执行上述实施例提供的飞行时间的测量方法。
本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的飞行时间的测量方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (12)

1.一种飞行时间的测量方法，其特征在于，包括：
获取N个时间戳集合；其中，N为大于1的整数，每个时间戳集合表示一个积分周期对应的光子事件，所述每个时间戳集合包括多个时间戳，各个时间戳集合对应的积分周期相等；
将所述N个时间戳集合划分为K个组；其中，K为大于1的整数，每个组包括一个或多个时间戳集合；
将各个组包括的时间戳集合进行累加得到K个分片；其中，每个分片包括多个时间戳；
将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合；
基于所述相干时间戳集合生成直方图数据；
根据所述直方图数据确定飞行时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各个组的时间戳集合数量是相等的，K＝N/M，M为各个组的时间戳集合数量，M为大于或等于1的整数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，包括：
在所述K个分片中选择L个分片；其中，1＜L≤K，L为整数；
将所述L个分片进行相干处理得到相干时间戳集合。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述L个分片为所述K个分片中的偶数分片；或
所述L个分片为所述K个分片中的奇数分片；或
所述L个分片为所述K个分片中排在后面的L个分片；其中，所述K个分片是基于时间戳数量降序排列的。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述将所述L个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，包括：
将所述L个分片的时间长度分别划分为连续的P个时间窗；其中，第1个分片对应的时间窗为W11、W12、…、W1P，第2个分片对应的时间窗为W21、W22、…、W2P，…，第L个分片对应的时间窗为WL1、WL2、…WLP；
根据所述L个分片的时间窗得到相干时间戳集合；其中，所述相干时间戳集合的积分周期等于所述L个分片的积分周期，所述相干时间戳集合的积分周期划分为连续分布的P个时间窗；对于所述相干时间戳集合内的第i个时间窗来说，1≤i≤P，如果时间窗W1i、W2i、…、WLi中存在至少一个时间窗未覆盖时间戳，则所述相干时间戳集合中的第i个时间窗内不设置时间戳；如果时间窗W1i、W2i、…、WLi中均覆盖时间戳，则将时间窗W1i、W2i、…、WLi中的时间戳进行累加得到所述相干时间戳集合中的第i个时间窗内的时间戳。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合，包括：
为第X个分片中的每个时间戳设置一个时间窗；其中，所述第X个分片位于所述K个分片中，X＝L+1、L+2、……、K，X和L为大于1的整数；
根据所述第X个分片的时间窗位置为所述第X个分片的前L个分片设置时间窗；其中，所述第X个分片对应的时间窗数量为PX，所述第X个分片对应的时间窗分别为WX1、WX2、…、
Figure FDA0003432246880000021
第X-1个分片对应的时间窗分别为W(X-1)1、W(X-1)2、…、/>
Figure FDA0003432246880000023
…，第X-L个分片对应的时间窗为W(X-L)1、W(X-L)2、…、/>
Figure FDA0003432246880000022
根据所述第X个分片和所述前L个分片得到中间相干时间戳集合；其中，所述中间相干时间戳集合的积分周期和所述第X个分片的积分周期相等，所述中间相干时间戳集合的积分周期划分为PX个时间窗；对于所述中间相干时间戳集合的第i个时间窗来说，1≤i≤PX，如果时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i中存在至少一个时间窗内未覆盖时间戳，则所述第i个时间窗内不设置时间戳；如果时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i均覆盖时间戳，则将时间窗WXi、W(X-1)i、…、W(X-L)i内的时间戳进行累加得到所述第i个时间窗内的时间戳；
确定所述第X个分片到所述第K个分片的K-X+1个分片对应的中间相干时间戳集合；
将所述K-X+1个中间相干时间戳集合进行累加得到相干时间戳集合。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，以每个所述时间戳为中心在所述第X个分片的积分周期上设置时间窗。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直方图数据包括多个时间戳和各个时间戳的计数值。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述直方图数据确定飞行时间，包括：
将所述直方图数据中计数值最大的时间戳作为信号接收时刻；
基于预设的信号发射时刻和所述信号接收时刻计算飞行时间。
10.一种飞行时间的测量装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取N个时间戳集合；其中，N为大于1的整数，每个时间戳集合包括多个时间戳，各个时间戳集合的积分周期相等；
划分单元，用于将所述N个时间戳集合划分为K个组；其中，K为大于1的整数，每个组包括一个或多个时间戳集合；
累计单元，用于将各个组包括的时间戳集合进行累加得到K个分片；其中，每个分片包括多个时间戳；
相干单元，用于将所述K个分片进行相干处理得到相干时间戳集合；
生成单元，用于基于所述相干时间戳集合生成直方图数据；
确定单元，用于根据所述直方图数据确定飞行时间。
11.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至9任意一项所述的方法。
12.一种飞行时间的测量装置，其特征在于，包括：处理器和存储器，存储器用于存储计算机程序或指令，所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序或指令实现如权利要求1至9任意一项所述的方法。
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