CN116381709A - 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，根据多个时间戳集合得到直方图，采用时间窗在直方图的起始时刻和结束时刻之间滑动，在各个滑动位置统计时间窗覆盖的所有时间戳的计数值的数量，总时间戳数最大的位置为目标位置，即接收回波信号的时间在位于目标位置的时间窗的范围内，并据此计算飞行时间。因此，本申请实施例可使回波信号的时间戳更容易被确定，因此可以提高距离探测器的信号噪声比SBNR，从而有效提高距离探测器测量飞行时间的准确度。

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)测量技术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子束，通过计算发射出射光束和接收回波光子束的时间差，或计算出射光束和回波光子束的相位差，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，每个所述时间戳集合包括多个时间戳，各个所述时间戳集合的积分周期相等；
基于所述N个时间戳集合得到直方图；其中，所述直方图的横坐标包括多个所述时间戳，所述直方图的横坐标包括各个所述时间戳对应的计数值；基于预设的时间窗和所述直方图得到多个总时间戳数；
将所述总时间戳数最大的位置作为目标位置；
根据所述目标位置确定飞行时间。
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，每个所述时间戳集合包括多个时间戳，各个所述时间戳集合的积分周期相等；
生成单元，用于基于所述N个时间戳集合得到直方图数据直方图；其中，所述直方图的横坐标数据包括多个所述时间戳，所述直方图的横坐标包括和各个所述时间戳对应的计数值；
得到单元，用于基于预设的时间窗和所述直方图得到多个总时间戳数；
第一确定单元，用于将所述总时间戳数最大的位置作为目标位置；
第二确定单元，用于根据所述目标位置确定飞行时间。
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飞行时间的测量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，根据多个时间戳集合得到直方图，采用时间窗在直方图的起始时刻和结束时刻之间滑动，在各个滑动位置统计时间窗覆盖的所有时间戳的计数值的数量，总时间戳数最大的位置为目标位置，即接收回波信号的时间在位于目标位置的时间窗的范围内，并据此计算飞行时间。由于发射脉冲信号的脉冲具有一定脉宽，即具有一定的持续时长；发射脉冲信号被物体反射后返回的回波信号和发射的脉冲信号具有相同的脉宽特性。而噪声信号不具有这样的脉宽特性。因此，回波信号在时间窗内累加后会得到加强，相应的，噪声信号不具备这样的特性。本申请实施例通过时间窗在直方图上滑动，可以在某个滑动位置将回波信号的时间戳都集中包括进来，使得在时间窗内求和后的总时间戳数明显突出，使得回波信号的时间戳更容易被准确确定，因此可以提高距离探测器的信号噪声比SBNR，有效提高距离探测器测量飞行时间的准确度。
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原理示意图；
图1C和图1D为直方图的示意图；
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平滑处理前的直方图的示意图；
图4是本申请实施例提供的平滑处理后的直方图的实体图；
图5是本申请实施例提供的时间窗在直方图上滑动的原理示意图；
图6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7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，飞行时间测量装置可以包括：发射器和探测器。发射器用于发射脉冲信号；探测器包括像素单元、时间数字转换器(time-to-digital converter，TDC)和随机存取存储器(randomaccess memory，RAM)。进一步地，飞行时间测量装置可以通过测量激光脉冲发射的脉冲信号和探测器接收到的回波信号之间的时间间隔来测量飞行时间测量装置与被测物体之间的距离。
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次脉冲信号并接收N次回波信号，然后对记录的N次回波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被目标物体反射的回波信号之外，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-correlated single 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，因此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，由此，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 Photon Avalanche Diode，单光子雪崩二极管)在各积分周期内累积的回波信号就能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被目标物体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，从图中看出，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，回波信号的位置基本保持不变，而各个噪声信号的位置比较随机。信号(噪声信号或回波信号)在横轴上的位置表示到达时间，根据脉冲信号的发射时间和回波信号的到达时间可以计算出各个回波信号的飞行时间(TOF)，然后统计同一飞行时间对应的回波信号的计数值(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，直方图中最大计数值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，其测量所得到飞行时间取决于能否有效识别出在直方图中计数值的峰值位置，进而识别出飞行时间。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，探测器接收到的回波信号随距离变大而变少，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回波信号对应的峰值，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，进而使探测到的距离准确率大幅下降。
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记录回波光子(被目标物体反射的脉冲信号)的接收时间将每个积分周期内记录到的回波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的时间戳组成一个时间戳集合，记录积分周期内回波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、基于N个时间戳集合得到直方图。
其中，直方图可以包括多个时间戳和各个时间戳的计数值，计数值表示时间戳的统计次数，例如：参见图1B所示的直方图，直方图可以包括16个时间戳：t1～t16，每个时间戳对应各自相应的计数值。
在一种可能的实施例中，基于N个时间戳集合得到直方图，可以由以下方式获得：
可能地，由于本申请实施例的N个积分周期为一个探测周期，因此，可以对N个时间戳集合进行累加得到直方图，这样就可以得到一帧完整探测周期的直方图。
可能地，本申请实施例还可以从N个时间戳集合中选择K个时间戳集合；其中，K＜N且K为大于2的整数；再将选择的K个时间戳集合进行累加处理得到直方图。
具体地，由于本申请实施例是从N个时间戳集合中选择K个时间戳集合，K 的取值小于N，因此，其不需要对所有的时间戳集合进行处理，这样就可以减少累加处理的数据量，从而减少运算所消耗的时长。
可以理解的是，本申请实施例中N个积分周期的时间长度相同。并且在选择的K个时间戳集合时，各时间戳集合的积分周期需要对齐，即各个积分周期的起始时刻对齐和结束时刻对齐，再将K个时间戳集合进行累加处理，具体累加的过程可参照图1B的描述，此处不再赘述。
进一步地，本申请实施例中从N个时间戳集合中选择K个时间戳集合的方法包括：
方法1：从N个时间戳集合中随机选择K个时间戳集合。
具体地，对于选择K个时间戳集合的过程，测量装置获取当前时间值作为初始输入量，当前测量装置也可以获取其他类型初始输入量，例如：经纬度坐标等变量，然后将当前时间值进行哈希运算后得到一个哈希值，然后利用哈希值对数量N取模得到一个余数i，余数i的取值范围为0～N-1，该余数i作为时间戳集合的序号，余数i对应的时间戳集合作为基准时间戳集合，将基准时间戳集合和该基准时间戳集合的前K-1个时间戳集合作为本次选择的K个时间戳集合，如果基准时间戳集合之前的时间戳集合的数量小于K-1，则从N个时间戳集合的尾部取剩余数量的时间戳集合。或者，将基准时间戳集合和该基准时间戳集合的后K-1个时间戳集合作为本次选择的K个时间戳集合，如果基准时间戳集合之后的时间戳集合的数量小于K-1，则从N个时间戳集合的头部取剩余数量的时间戳集合。
可能地，在随机选择K个时间戳集合的过程中，获取当前时间值为2020年 11月7日13:39:00，将当前时间值进行哈希运算得到哈希值为65538。设N＝10， K＝4，时间戳集合1～时间戳集合10的序号分别为0～9。将计算得到的哈希值65538 对10取模得到余数的为8，即基准时间戳集合的序号为8，将序号为8的时间戳集合和序号分别为5～7的3个时间戳集合，即时间戳集合6、时间戳集合7、时间戳集合8和时间戳集合9作为本次选择的4个时间戳集合。
可能地，在本次随机选择过程中，获取当前时间值为2020年11月7日 13:44:01，将当前时间值进行哈希运算得到62539。设N＝10，K＝4，时间戳集合 1～10的序号分别为0～9，将哈希值62539对10取模得到余数为9，序号为9的时间戳集合后面不存在3个时间戳集合，则从头部取剩余的3个时间戳集合，则将时间戳集合10、时间戳集合1、时间戳集合2和时间戳集合3作为本次选择的4个时间戳集合。
需要说明的是，上述从N个时间戳集合中随机选择K个时间戳集合的实施例仅为举例说明，也可以采用任意的方法随机选择K个时间戳集合，例如：利用数值概率算法、蒙特卡洛算法、拉斯维加斯算法或舍伍德算法来随机选择指定数量的时间戳集合，本申请实施例不作限制。
方法2：从N个时间戳集合中选择时间戳数量最少的K个时间戳集合。
可以理解的是，由于每个积分周期发射的脉冲信号的数量是唯一的，因此，当选择积分周期中时间戳数量较少的时间戳集合时，其中的噪声信号的时间戳数量相应的也较少。举例来说，N＝10，K＝4，10个时间戳集合分别为：时间戳集合1～时间戳集合10，时间戳集合1的时间戳数量为100，时间戳集合2的时间戳数量为122，时间戳集合3的时间戳数量为123，时间戳集合4的时间戳数量为102，时间戳集合5的时间戳数量为98，时间戳集合6的时间戳数量为90，时间戳集合7的时间戳数量为80，时间戳集合8的时间戳数量为85，时间戳集合9的时间戳数量为89，时间戳集合10的时间戳数量为84。从10个时间戳集合中选择时间戳数量最少的4个时间戳集合为：时间戳集合7、时间戳集合8、时间戳集合9和时间戳集合10。
方法3：从N个时间戳集合中选择序号为奇数的K个时间戳。
其中，将N个时间戳集合从1开始编号，N个时间戳集合的序号分别为：1、 2、3、…、N，奇数的序号为1、3、5、…。
举例来说，N＝10，K＝4。10个时间戳集合分别为：时间戳集合1～时间戳集合10，从10个时间戳集合中选择序号为奇数的4个时间戳集合为：时间戳集合 1、时间戳集合3、时间戳集合5和时间戳集合7。
方法4：从N个时间戳集合中选择序号为偶数的K个时间戳集合。
其中，将N个时间戳集合从1开始编号，N个时间戳集合的序号分别为：1、 2、3、…、N，偶数的序号为2、4、6、8。
举例来说，N＝10，K＝4。10个时间戳集合分别为：时间戳集合1～时间戳集合10，从10个时间戳集合中选择序号为偶数的4个时间戳集合为：时间戳集合 2、时间戳集合4、时间戳集合6和时间戳集合8。
在另一种可能的实施方式中，基于N个时间戳集合得到直方图，可以包括：
对N个时间戳集合分别进行平滑处理得到处理后的N个时间戳集合；
将处理后的N个时间戳集合进行累加处理得到最终的直方图。
其中，N个时间戳集合的积分周期对齐，即各个积分周期的起始时刻对齐和结束时刻对齐，然后对N个时间戳集合进行累加处理得到中间直方图，具体累加的过程可参照图1B的描述，此处不再赘述。然后将中间直方图进行平滑处理得到最终的直方图。
如图3所示，为本申请实施例未对N个时间戳集合中的数据进行平滑处理时，对N个时间戳集合累加后得到的直方图，该直方图包括m个时间戳和各个时间戳对应的计数值，m为大于2的整数，直方图中横坐标表示时间，纵坐标表示计数值，m个计数值为bin1、bin2、…、bink、…、binm，m个计数值对应的时间戳分别为t1、t2、…、tm，直方图中相邻的两个计数值之间的时间间隔大于TDC 最小时间分辨率。如图4所示，为本申请实施例对N个时间戳集合中的数据分别进行平滑处理后，对处理后的N个时间戳集合直方图进行累加处理得到m个滤波值。
可能地，如图4所示，本申请实施例可以使用数字滤波器进行平滑处理，在数字滤波器为FIR滤波器时，FIR滤波器的阶数为n-1，未进行平滑处理前， m个计数值分别为：bin1、bin2、…binm，平滑处理后，m个计数值分别为：S1、 S2、……Sm。
可以理解的是，S1是对N个时间戳集合中的数据分别进行平滑处理后，对N 个时间戳集合中t1时刻的计数值进行累加得到的数据，以此类推，Sm是对N个时间戳集合中的数据分别进行平滑处理后，对N个时间戳集合中tm时刻的计数值进行累加得到的数据。数字滤波器根据等效采样时钟周期对N个时间戳集合中的m个计数值分别进行数字滤波处理，每个时钟周期执行一次数字滤波，m个时钟周期完成对m个计数值的数字滤波处理。由此，本申请实施例可以通过平滑处理抑制噪声信号的时间戳，这样就可以快速确定回波信号的时间戳。
可以理解的是，平滑处理可以包括但不限于FIR数字滤波、FIIR数字滤波、插值处理等。
S203、基于预设的时间窗和直方图得到多个总时间戳数。
其中，直方图的时间区间与N个时间戳集合的积分周期相同。时间窗的长度大于TDC最小时间分辨率，一般为TDC最小时间分辨率的整数倍，例如：TDC 最小时间分辨率为1ns，时间窗的长度为3ns。
可能地，基于预设的时间窗在直方图的起始时刻到结束时刻之间设置多个相同宽度的连续时间窗；将各个时间窗上覆盖的所有时间戳的时间戳的计数值进行求和得到多个总时间戳数。
具体地，本申请实施例可以将直方图的起始时刻到结束时刻之间的时间长度划分为多个时间窗，相邻的两个时间窗之间不重合，即当前时间窗的起始时刻即为上一时间窗的结束时刻，当前时间窗的结束时刻为下一时间窗的开始时刻。对于每个时间窗来说，统计时间窗覆盖的时间戳的数量戳，得到多个总时间戳数。
可能地，控制时间窗以预设滑动步长在直方图的起始时刻到结束时刻之间滑动；将各个滑动位置上时间窗覆盖的所有时间戳的时间戳的计数值进行求和得到多个总时间戳数。
可选的，时间窗的长度时间窗可以等于激光脉冲的宽度，发射器在N个时间戳集合各自的积分周期内发射激光脉冲，激光脉冲具有一定的持续时长，该持续时长即为激光脉冲的宽度。进一步地，由于本申请实施例中时间窗的长度等于激光脉冲的宽度，因此，可滑动的时间窗可以将回波信号集中在同一个时间窗内，不仅减少搜索峰值时间戳的时间，还提高搜索峰值时间戳的准确性。
可以理解的是，滑动步长表示相邻的两个滑动位置之间的时间间隔，滑动步长可以是大于或等于TDC最小时间分辨率的K倍，其中，K为大于1的整数。这样本申请实施例就可以利用TDC对N个时间戳集合中的各个时间窗进行有效识别。测量装置控制时间窗从直方图的起始时刻开到结束时刻之间进行滑动，时间窗在滑动过程中具有多个不同的滑动位置。进一步地，针对时间窗的每个滑动位置，统计该时间窗覆盖的所有时间戳的计数值，然后将所有时间戳的计数值进行求和得到该滑动位置对应的总时间戳数。
S204、将总时间戳数最大的位置作为目标位置。
其中，在时间窗完成直方图的起始时刻到结束时刻的滑动后，获取各个滑动位置上的总时间戳数，确定总时间戳数最大的滑动位置。例如：时间窗在直方图是的起始时刻到结束时刻之间完成5次滑动，在第1个滑动位置上统计时间窗覆盖的总时间戳数为12，第2个滑动位置上统计时间窗覆盖的总时间戳数为15，在第3个滑动位置上统计时间窗覆盖的总时间戳数为27，在第4个滑动位置上统计时间窗覆盖的总时间戳数为10，第5个滑动位置上统计时间窗覆盖的总时间戳数为8，那么第3个滑动位置上的总时间戳数为最大，将第3个滑动位置确定为目标位置。
举例来说，参见图5所示，直方图的起始时刻为450纳秒，结束时刻为490 纳秒，时间窗的长度为3纳秒(图5中虚线框所示)。具体地，时间窗的第1个滑动位置为450纳秒～453纳秒，第2个滑动位置为451纳秒～454纳秒，依次类推，可以确定直方图上所有的滑动位置。将各个滑动位置上时间窗覆盖的所有的时间戳的计数值进行求和，例如：第1个滑动位置时间窗覆盖的所有时间戳的计数值进行求和，得到总时间戳数为13。确定总时间戳数最大的滑动位置，如图5所示，总时间戳数最大的滑动位置为466纳秒～469纳秒，时间窗在该滑动位置覆盖的11个时间戳，11个时间戳记为时间戳1～时间戳11，时间戳1的计数值为2，时间戳2的计数值为3，时间戳3的计数值为3，时间戳4的计数值为2，时间戳5的计数值为3，时间戳6的计数值为2、时间戳7的计数值为2、时间戳8的计数值为4、时间戳9的计数值为2、时间戳10的计数值为2、时间戳11的计数值为2，将上述11个时间戳的计数值进行求和得到总时间戳数为27。
S205、根据目标位置确定飞行时间。
本实施例可以在各个滑动位置统计时间窗覆盖的所有时间戳的计数值的数量，总时间戳数最大的位置为目标位置，即接收回波信号的时间在位于目标位置的时间窗的范围内，并据此计算飞行时间。直方图其中，根据目标位置确定飞行时间的方法包括：
方法1：获取时间窗在目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
将计数值最大的时间戳作为峰值时间戳；
根据峰值时间戳计算飞行时间。
举例来说，参见图5所示，时间窗在目标位置覆盖11个时间戳，11个时间戳记为时间戳1～时间戳11，时间戳1的计数值为2，时间戳2的计数值为3，时间戳3的计数值为3，时间戳4的计数值为2，时间戳5的计数值为3，时间戳6的计数值为2、时间戳7的计数值为2、时间戳8的计数值为4、时间戳9 的计数值为2、时间戳10的计数值为2、时间戳11的计数值为2，由此可知，时间戳8的计数值最大，时间戳8的值为将时间戳8作为峰值时间戳，峰值时间即为检测到的信号接收时间；然后根据光子信号发射时刻和峰值时间戳计算飞行时间。例如：峰值时间戳为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。
方法2：获取时间窗在目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
根据计数值对各个时间戳进行升序排列；
将排列在后面的N个时间戳求平均值得到峰值时间戳；其中，N为大于1的整数；
根据峰值时间戳计算飞行时间。
举例来说，参见图5所示，时间窗在目标位置覆盖11个时间戳，11个时间戳记为时间戳1～时间戳11，时间戳1的计数值为2，时间戳2的计数值为3，时间戳3的计数值为3，时间戳4的计数值为2，时间戳5的计数值为3，时间戳6的计数值为2、时间戳7的计数值为2、时间戳8的计数值为4、时间戳9 的计数值为2、时间戳10的计数值为2、时间戳11的计数值为2，将上述11个时间戳根据计数值进行升序排列为：时间戳1、时间戳4、时间戳6、时间戳7、时间戳9、时间戳10、时间戳11、时间戳8、时间戳2、时间戳3、时间戳5，取后面4个时间戳求平均值得到峰值时间戳，求平均值的方法包括但不限于：加权平均、算术平均或几何平均等。例如：峰值时间戳为t1，脉冲信号的发射时刻为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。
方法3：获取时间窗在目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
根据计数值对各个时间戳进行降序排列；
将排列在前面N个时间戳求平均值得到峰值时间戳；其中，N为大于1的整数；
根据峰值时间戳计算飞行时间。
举例来说，参见图5所示，时间窗在目标位置覆盖11个时间戳，11个时间戳记为时间戳1～时间戳11，时间戳1的计数值为2，时间戳2的计数值为3，时间戳3的计数值为3，时间戳4的计数值为2，时间戳5的计数值为3，时间戳6的计数值为2、时间戳7的计数值为2、时间戳8的计数值为4、时间戳9 的计数值为2、时间戳10的计数值为2、时间戳11的计数值为2，将上述11个时间戳根据计数值进行降序排列为：时间戳8、时间戳2、时间戳3、时间戳5、时间戳1、时间戳4、时间戳6、时间戳7、时间戳9、时间戳10、时间戳11，取前面4个时间戳求平均值得到峰值时间戳，求平均值的方法包括但不限于：加权平均、算术平均或几何平均等。例如：峰值时间戳为t1，脉冲信号的发射时刻为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。
可以理解的是，本申请上述实施例通过对各个时间戳进行升序或降序排列的排列方式，从而缩减计算峰值时间戳的数据量，这样不仅可以有效提高确定峰值时间戳的效率，还提高了测量飞行时间的准确度。
由此，本申请实施例可以通过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，根据多个时间戳集合得到直方图，采用时间窗在直方图的起始时刻和结束时刻之间滑动，在各个滑动位置统计时间窗覆盖的所有时间戳的计数值的数量，总时间戳数最大的位置为目标位置，即接收回波信号的时间在位于目标位置的时间窗的范围内，并据此计算飞行时间。由于发射脉冲信号的脉冲具有一定脉宽，即具有一定的持续时长；脉冲信号被物体反射后返回的回波信号和发射的脉冲信号具有相同的脉宽特性。而噪声信号不具有这样的脉宽特性。因此，回波信号在时间窗内累加后会得到加强，相应的，噪声信号不具备这样的特性。本申请实施例通过时间窗在直方图上滑动，可以在某个滑动位置将回波信号的时间戳都集中包括进来，使得在时间窗内求和后的总时间戳数明显突出，使得回波信号的时间戳更容易被准确确定，因此可以提高距离探测器的信号噪声比SBNR，有效提高距离探测器测量飞行时间的准确度。
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6)。
图6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6 包括获取单元601、生成单元602、得到单元603、第一确定单元604、以及第二确定单元605。
获取单元601，用于获取N个时间戳集合；其中，N为大于1的整数，每个所述时间戳集合包括多个时间戳，各个所述时间戳集合的积分周期相等；
生成单元602，用于基于所述N个时间戳集合得到直方图；其中，所述直方图的横坐标数据包括多个所述时间戳，所述直方图的横坐标包括和各个所述时间戳对应的计数值；
得到单元603，用于基于预设的时间窗和所述直方图得到多个总时间戳数；
第一确定单元604，用于将所述总时间戳数最大的位置作为目标位置；
第二确定单元605，用于根据所述目标位置确定飞行时间。
在一个或多个实施例中，所述得到单元603，包括：
第一设置子单元，用于基于预设的时间窗在所述直方图的起始时刻到结束时刻之间设置多个相同宽度的连续时间窗；
第二设置子单元，用于将各个时间窗上覆盖的所有所述时间戳的所述时间戳的计数值进行求和得到多个总时间戳数；
所述第一确定单元604具体用于：将所述总时间戳数最大的时间窗位置作为目标位置。
在一个或多个实施例中，所述得到单元603，包括：
第三设置单元，用于控制所述时间窗以预设滑动步长在所述直方图的起始时刻到结束时刻之间滑动；
第四设置单元，用于将各个滑动位置上所述时间窗覆盖的所有所述时间戳的所述计数值进行求和得到多个总时间戳数；
所述第一确定单元604具体用于：将所述总时间戳数最大的所述滑动位置作为目标位置。
在一个或多个实施例中，所述第二确定单元605，包括：
第一获取子单元，用于获取时间窗在所述目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
第一峰值时间戳确定子单元，用于将计数值最大的时间戳作为峰值时间戳；
第一计算子单元，用于根据所述峰值时间戳计算飞行时间。
在一个或多个实施例中，所述第二确定单元605，包括：
第二获取子单元，用于获取时间窗在所述目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
升序子单元，用于根据计数值对所述各个时间戳进行升序排列；
第一得到子单元，用于将排列在后面的M个时间戳求平均值得到峰值时间戳；其中，M为大于1的整数，并且M<N；
第二峰值时间戳确定子单元，用于将所述峰值时间戳作为信号接收时刻；
第二计算子单元，用于根据脉冲信号的发射时刻和所述回波信号的接收时刻计算飞行时间。
在一个或多个实施例中，所述第二确定单元605，包括：
第三获取子单元，用于获取时间窗在所述目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
降序子单元，用于根据计数值对所述各个时间戳进行降序排列；
第二得到子单元，用于将排列在前面M个时间戳求平均值得到峰值时间戳；其中，M为大于1的整数，并且M<N；
第三峰值时间戳确定子单元，将所述峰值时间戳作为信号接收时刻；
第三计算子单元，用于根据脉冲信号的发射时刻和所述回波信号的接收时刻计算飞行时间。
在一个或多个实施例中，所述生成单元602，包括：
选择子单元，用于从所述N个时间戳集合中选择K个时间戳集合；其中，K ＜N且K为大于2的整数；
累加单元，用于将选择的K个时间戳集合进行累加处理得到直方图。
在一个或多个实施例中，所述选择子单元，具体用于：
从所述N个时间戳集合中随机选择K个时间戳集合；或
从所述N个时间戳集合中选择时间戳数量最少的K个时间戳集合；或
从所述N个时间戳集合中选择序号为奇数的K个时间戳集合；或
从所述N个时间戳集合中选择序号为偶数的K个时间戳集合。
在一个或多个实施例中，所述生成单元602包括：
平滑子单元，用于对N个时间戳集合进行平滑处理得到处理后的N个时间戳集合；
直方图得到单元，用于将所述处理后的N个时间戳集合进行累加处理得到最终的直方图。
在一个或多个实施例中，所述时间窗的长度大于或等于TDC最小时间分辨率的整数倍。
在一个或多个实施例中，时间窗的长度等于激光脉冲的宽度。
本申请实施例和图1A～图5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5的方法实施例的描述，此处不再赘述。
所述装置6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7)。
图7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7，装置7 可以集成于上述实施例的激光雷达或承载平台中，如图7所示，该装置包括：存储器702和处理器701。
存储器702可以是独立的物理单元，与处理器901通过总线连接。存储器702和处理器701也可以集成在一起，通过硬件实现等。
可选的，装置7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702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701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，每个所述时间戳集合包括多个时间戳，各个所述时间戳集合的积分周期相等；
基于所述N个时间戳集合得到直方图；其中，所述直方图的横坐标包括多个所述时间戳，所述直方图的横坐标包括各个所述时间戳对应的计数值；基于预设的时间窗和所述直方图得到多个总时间戳数；
将所述总时间戳数最大的位置作为目标位置；
根据所述目标位置确定飞行时间。
在一个或多个实施例中，处理器701执行所述基于预设的时间窗和所述直方图得到多个总时间戳数，包括：
基于预设的时间窗在所述直方图的起始时刻到结束时刻之间设置多个相同宽度的连续时间窗；
将各个时间窗上覆盖的所有所述时间戳的所述时间戳的计数值进行求和得到多个总时间戳数；
所述将所述总时间戳数最大的位置作为目标位置，包括：将所述总时间戳数最大的时间窗位置作为目标位置。
在一个或多个实施例中，处理器701执行所述基于预设的时间窗和所述直方图得到多个总时间戳数，包括：
控制所述时间窗以预设滑动步长在所述直方图的起始时刻到结束时刻之间滑动；
将各个滑动位置上所述时间窗覆盖的所有所述时间戳的所述计数值进行求和得到多个总时间戳数；
所述将所述总时间戳数最大的位置作为目标位置，包括：将所述总时间戳数最大的所述滑动位置作为目标位置。
在一个或多个实施例中，处理器701执行所述根据所述目标位置确定飞行时间，包括：
获取时间窗在所述目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
将计数值最大的时间戳作为峰值时间戳；
根据所述峰值时间戳计算飞行时间。
在一个或多个实施例中，处理器701执行所述根据所述目标位置确定飞行时间，包括：
获取时间窗在所述目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
根据计数值对所述各个时间戳进行升序排列；
将排列在后面的M个时间戳求平均值得到峰值时间戳；其中，M为大于1的整数，并且M<N；
将所述峰值时间戳作为信号接收时刻；
根据脉冲信号的发射时刻和所述回波信号的接收时刻计算飞行时间。
在一个或多个实施例中，处理器701执行所述根据所述目标位置确定飞行时间，包括：
获取时间窗在所述目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
根据计数值对所述各个时间戳进行降序排列；
将排列在前面M个时间戳求平均值得到峰值时间戳；其中，M为大于1的整数，并且M<N；
将所述峰值时间戳作为信号接收时刻；
根据脉冲信号的发射时刻和所述回波信号的接收时刻计算飞行时间。
在一个或多个实施例中，处理器701执行所述基于所述N个时间戳集合得到直方图，包括：
从所述N个时间戳集合中选择K个时间戳集合；其中，K＜N且K为大于2 的整数；
将选择的K个时间戳集合进行累加处理得到直方图。
在一个或多个实施例中，处理器701执行所述从所述N个时间戳集合中选择K个时间戳集合，包括：
从所述N个时间戳集合中随机选择K个时间戳集合；或
从所述N个时间戳集合中选择时间戳数量最少的K个时间戳集合；或
从所述N个时间戳集合中选择序号为奇数的K个时间戳集合；或
从所述N个时间戳集合中选择序号为偶数的K个时间戳集合。
在一个或多个实施例中，处理器701执行所述基于所述N个时间戳集合得到直方图，包括：
对N个时间戳集合进行平滑处理得到处理后的N个时间戳集合；
将所述处理后的N个时间戳集合进行累加处理得到最终的直方图。
在一个或多个实施例中，所述时间窗的长度大于或等于TDC最小时间分辨率的整数倍。
在一个或多个实施例中，时间窗的长度等于激光脉冲的宽度。
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 (14)

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，每个所述时间戳集合包括多个时间戳，各个所述时间戳集合的积分周期相等；
基于所述N个时间戳集合得到直方图；其中，所述直方图的横坐标包括多个所述时间戳，所述直方图的横坐标包括各个所述时间戳对应的计数值；基于预设的时间窗和所述直方图得到多个总时间戳数；
将所述总时间戳数最大的位置作为目标位置；
根据所述目标位置确定飞行时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的时间窗和所述直方图得到多个总时间戳数，包括：
基于预设的时间窗在所述直方图的起始时刻到结束时刻之间设置多个相同宽度的连续时间窗；
将各个时间窗上覆盖的所有所述时间戳的所述时间戳的计数值进行求和得到多个总时间戳数；
所述将所述总时间戳数最大的位置作为目标位置，包括：将所述总时间戳数最大的时间窗位置作为目标位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的时间窗和所述直方图得到多个总时间戳数，包括：
控制所述时间窗以预设滑动步长在所述直方图的起始时刻到结束时刻之间滑动；
将各个滑动位置上所述时间窗覆盖的所有所述时间戳的所述计数值进行求和得到多个总时间戳数；
所述将所述总时间戳数最大的位置作为目标位置，包括：将所述总时间戳数最大的所述滑动位置作为目标位置。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标位置确定飞行时间，包括：
获取时间窗在所述目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
将计数值最大的时间戳作为峰值时间戳；
根据所述峰值时间戳计算飞行时间。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标位置确定飞行时间，包括：
获取时间窗在所述目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
根据计数值对所述各个时间戳进行升序排列；
将排列在后面的M个时间戳求平均值得到峰值时间戳；其中，M为大于1的整数，并且M<N；
将所述峰值时间戳作为信号接收时刻；
根据回波信号的发射时刻和所述回波信号的接收时刻计算飞行时间。
6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标位置确定飞行时间，包括：
获取时间窗在所述目标位置上覆盖的各个时间戳的计数值；
根据计数值对所述各个时间戳进行降序排列；
将排列在前面M个时间戳求平均值得到峰值时间戳；其中，M为大于1的整数，并且M<N；
将所述峰值时间戳作为信号接收时刻；
根据回波信号的发射时刻和所述回波信号的接收时刻计算飞行时间。
7.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述基于所述N个时间戳集合得到直方图，包括：
从所述N个时间戳集合中选择K个时间戳集合；其中，K＜N且K为大于2的整数；
将选择的K个时间戳集合进行累加处理得到直方图。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述从所述N个时间戳集合中选择K个时间戳集合，包括：
从所述N个时间戳集合中随机选择K个时间戳集合；或
从所述N个时间戳集合中选择时间戳数量最少的K个时间戳集合；或
从所述N个时间戳集合中选择序号为奇数的K个时间戳集合；或
从所述N个时间戳集合中选择序号为偶数的K个时间戳集合。
9.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述基于所述N个时间戳集合得到直方图，包括：
对N个时间戳集合进行平滑处理得到处理后的N个时间戳集合；
将所述处理后的N个时间戳集合进行累加处理得到最终的直方图。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间窗的长度大于或等于TDC最小时间分辨率的整数倍。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，时间窗的长度等于激光脉冲的宽度。
12.一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，每个所述时间戳集合包括多个时间戳，各个所述时间戳集合的积分周期相等；
生成单元，用于基于所述N个时间戳集合得到直方图数据直方图；其中，所述直方图的横坐标数据包括多个所述时间戳，所述直方图的横坐标包括和各个所述时间戳对应的计数值；
得到单元，用于基于预设的时间窗和所述直方图得到多个总时间戳数；
第一确定单元，用于将所述总时间戳数最大的位置作为目标位置；
第二确定单元，用于根据所述目标位置确定飞行时间。
13.一种计算机存储介质，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11任意一项所述的方法。
14.一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11任意一项所述的方法。
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