CN117572382A - 一种飞行时间信息提取方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞行时间信息提取方法及其系统，包括：将多个模拟计数器的计数值重置为初始计数值，每个模拟计数器对应设置至少一个计数电容，计数电容用于获取计数值；直方图生成电路从时间数字转换器接收多个飞行时间码字；在探测时间内，对接收到的多个飞行时间码字选择对应数字地址的模拟计数器，并将选择的模拟计数器的计数值增加一个最小计数步长；根据不同模拟计数器对应设置的不同数量的计数电容、以及电荷量不同的计数电容，对飞行时间直方图进行滤波处理；对滤波后的飞行时间直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息。本发明能够使得电路消耗资源显著降低。

Description

一种飞行时间信息提取方法及其系统
技术领域
本发明属于激光雷达测距技术领域，具体涉及一种飞行时间信息提取方法及其系统。
背景技术
飞行时间(ToF)法是一种激光雷达测距成像方式，激光源将激光发射到视场中的待测物，照射到待测物后反射并被光电传感器接收，光的这段飞行时间可以通过直接或间接的方式测出来。
在大多数的3D成像应用中，为了降低飞行时间的误差，实现有效的距离探测，光电传感器中的单光子雪崩二极管(Single-Photon Avalanche Diode，SPAD)需要进行很多次探测，通过对多次探测的结果进行直方图统计，生成飞行时间直方图；利用飞行时间的相关性，可以在飞行时间直方图中找到回波所对应的飞行时间信息；但对于室外高背景光场景，飞行时间直方图中包含了有效的触发信息和非有效噪声信息，需要进行滤波操作，以在低信噪比的情形下完成有效飞行时间信息的提取。
现有技术中，飞行时间直方图的生成一般基于数字域，采用静态随机存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或者并行化数字计数器进行统计的方法，接着利用有限冲激响应(Finite Impulse Response，FIR)滤波器对飞行时间直方图进行滤波操作，最后在滤波操作完成后采用质心权重法等算法提取有效的飞行时间信息；但是，基于数字域的飞行时间直方图生成依赖于SRAM或者并行化数字计数器，消耗较大的面积和功率；而滤波操作以及飞行时间算法提取方案对于算例要求较高，消耗较多的数字硬件资源，且不易与基于模拟域的模拟计数方案结合。
因此，亟需提出一种基于模拟域的飞行时间直方图生成方法、以及飞行时间信息提取方法，减小处理电路的面积，以及消耗的功率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种飞行时间信息提取方法及其系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供一种飞行时间信息提取方法，包括：
将多个模拟计数器的计数值重置为初始计数值，每个模拟计数器对应设置至少一个计数电容，计数电容用于获取计数值，不同模拟计数器对应飞行时间直方图中的不同直方图箱；
直方图生成电路从时间数字转换器接收多个飞行时间码字；其中，时间数字转换器具有耦合到单光子雪崩二极管的输入；
在探测时间内，对接收到的多个飞行时间码字选择对应数字地址的模拟计数器，并将选择的模拟计数器的计数值增加一个最小计数步长；其中，在探测时间结束时，每个模拟计数器得到最终计数值，根据所有模拟计数器的最终计数值，生成飞行时间直方图；
根据不同模拟计数器对应设置的不同数量的计数电容或者电荷量不同的计数电容，对飞行时间直方图进行滤波处理；
对滤波后的飞行时间直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息。
第二方面，本发明提供一种飞行时间信息提取系统，包括：
多个单光子雪崩二极管，被配置为生成SPAD事件；
多个时间数字转换器，耦合到多个单光子雪崩二极管；其中，每个时间数字转换器被配置为基于单光子雪崩二极管生成的SPAD事件，生成多个飞行时间码字；
直方图生成电路，直方图生成电路耦合到多个时间数字转换器；其中，直方图生成电路包括：
寻址逻辑单元，包括多个输出和被配置为从时间数字转换器接收多个飞行时间码字的输入；以及，
多个模拟计数器，包括耦合到寻址逻辑单元的多个输出中的输入；每个模拟计数器对应设置至少一个计数电容；
寻址逻辑单元配置为在探测时间内，基于接收的多个飞行时间码字选择对应数字地址的模拟计数器，并且使选择的模拟计数器的输入生效；其中，选择的模拟计数器被配置为当所选择的模拟计数器的输入被生效时，将选择的模拟计数器的计数值增加一个最小计数步长；其中，每个模拟计数器的计数电容被配置为在探测时间结束时具有最终电压，根据所有模拟计数器的计数值电容的最终电压，生成飞行时间直方图；
模拟计数器对应设置的计数电容被配置为不同数量或者电荷量不同的计数电容，对飞行时间直方图进行滤波处理；
峰值检测单元被配置为对滤波后的飞行直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种飞行时间信息提取方法及其系统，利用基于模拟域的模拟计数方法进行直方图统计，模拟计数器作为计数存取器件，对应于飞行时间直方图的直方图箱，通过单光子雪崩二极管的多次探测可生成飞行时间直方图；基于生成的模拟域飞行时间直方图，在不需要使用模数转换器对直方图箱的模拟计数值进行量化的情况下，采用电荷分享的方法实现简单的梳状滤波器、以及复杂的FIR滤波器，最后通过峰值检测提取有效的飞行时间信息；可以理解的是，模拟计数器对应设置计数电容，每个模拟计数器对应设置的计数电容的数量相同或不同，或者，模拟计数器对应设置的多个计数电容的电荷量不同，对生成的飞行时间直方图进行滤波处理，再对滤波处理后的飞行时间直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息；如此，利用多个模拟计数器生成模拟域飞行时间直方图，大大缩小了电路模块的面积，且在不需要使用模数转换器对模拟计数器的计数值进行量化的情况下，实现滤波操作，能够提高信噪比，检测出飞行时间直方图的峰值，以完成有效飞行时间信息的提取，使得电路消耗资源显著降低。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的飞行时间信息提取方法的一种流程图；
图2是本发明实施例提供的直方图生成电路的一种示意图；
图3是本发明实施例提供的生成飞行时间直方图的一种示意图；
图4是本发明实施例提供的滤波处理的一种示意图；
图5是本发明实施例提供的滤波处理的另一种示意图；
图6是本发明实施例提供的滤波处理的另一种示意图；
图7是本发明实施例提供的滤波处理的另一种示意图；
图8是本发明实施例提供的峰值检测电路的一种示意图；
图9是本发明实施例提供的峰值检测电路中比较器的电路原理图及其内部信号时序图；
图10是本发明实施例提供的飞行时间信息提取系统的一种示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
请参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的飞行时间信息提取方法的一种流程图，图2是本发明实施例提供的直方图生成电路的一种示意图，本发明所提供的一种飞行时间信息提取方法，包括：
S101、将多个模拟计数器的计数值重置为初始计数值，每个模拟计数器对应设置至少一个计数电容，计数电容用于获取计数值，不同模拟计数器对应飞行时间直方图中的不同直方图箱；
S102、直方图生成电路从时间数字转换器接收多个飞行时间码字；其中，时间数字转换器具有耦合到单光子雪崩二极管的输入；
S103、在探测时间内，对接收到的多个飞行时间码字选择对应数字地址的模拟计数器，并将选择的模拟计数器的计数值增加一个最小计数步长；其中，在探测时间结束时，每个模拟计数器得到最终计数值，根据所有模拟计数器的最终计数值，生成飞行时间直方图；
S104、根据不同模拟计数器对应设置的不同数量的计数电容或者电荷量不同的计数电容，对飞行时间直方图进行滤波处理；
S105、对滤波后的飞行时间直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息。
具体而言，请继续参见图1和图2，本实施例提供的一种飞行时间信息提取方法，时间数字转换器用于获取每次探测时间的飞行时间，输出飞行时间码字；如图2所示，bin1、bin2、…、bin(n)代表不同飞行时间信息的直方图箱(bin)，直方图箱的数字地址与时间数字转换器输出的飞行时间码字成正比；寻址逻辑单元基于时间数字转换器输出的飞行时间码字进行寻址操作，找到对应数字地址的一个直方图箱；模拟计数器1、模拟计数器2、…、模拟计数器n用作相应直方图箱的存储器件，C1、C2、…、Cn分别为模拟计数器1、模拟计数器2、…、模拟计数器n的计数电容，V1、V2、…、Vn分别为相应计数电容的计数值，也为相应直方图箱的计数值；可选地，模拟计数器采用电荷转移放大器(Charge Transfer Amplifier，CTA)结构，可以实现逐次递增计数功能。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的生成飞行时间直方图的一种示意图，单光子雪崩二极管进行探测的时候，时间数字转换器获取探测的飞行时间信息，寻址逻辑单元根据时间数字转换器输出的飞行时间码字选择对应数字地址的直方图箱，使得直方图箱计数值增加一个最小计数步长；单光子雪崩二极管进行多次探测，直方图生成电路会对每次探测的结果进行直方图统计，利用模拟计数器的模拟计数功能实现像素中模拟域飞行时间直方图的生成。
本实施例中，利用基于模拟域的模拟计数方法进行直方图统计，模拟计数器作为计数存取器件，对应于飞行时间直方图的直方图箱，通过单光子雪崩二极管的多次探测可生成飞行时间直方图；基于生成的模拟域飞行时间直方图，在不需要使用模数转换器对直方图箱的模拟计数值进行量化的情况下，采用电荷分享的方法实现简单的梳状滤波器、以及复杂的FIR滤波器，最后通过峰值检测提取有效的飞行时间信息；可以理解的是，模拟计数器对应设置计数电容，每个模拟计数器对应设置的计数电容的数量相同或不同，或者，模拟计数器对应设置的多个计数电容的电荷量不同，对生成的飞行时间直方图进行滤波处理，再对滤波处理后的飞行时间直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息；如此，利用多个模拟计数器生成模拟飞行时间直方图，大大缩小了电路模块的面积，且在不需要使用模数转换器对模拟计数器的计数值进行量化的情况下，实现滤波操作，能够提高信噪比，检测出飞行时间直方图的峰值，以完成有效飞行时间信息的提取，使得电路消耗资源显著降低。
在本发明的一种可选地实施例中，对飞行时间直方图进行滤波处理的表达式为：
其中，hRAW(m)为输入信号，h(m)为滤波处理后的信号，N为滤波器抽头数，N-1为滤波器阶数，KFIR(m)为滤波系数，i为变量，i的取值范围为0～N-1。
具体而言，本实施例中，滤波处理的过程中，滤波系数分布与激光包络形状越接近、滤波效果越好。
在本发明的一种可选地实施例中，请参见图4，图4是本发明实施例提供的滤波处理的一种示意图，针对第m个直方图箱进行滤波，每个模拟计数器对应设置一个计数电容，且每个模拟计数器对应设置的计数电容的电容值相同，对飞行时间直方图中各模拟计数器的计数值进行滤波处理时各滤波系数相同。
具体而言，本实施例中，针对低信噪比的情形，在基于模拟域的飞行时间直方图中添加滤波机制，采用电荷分享的方法对模拟域飞行时间直方图进行滤波，可以实现简单的梳妆滤波器。
本实施例中，请继续参见图4，当滤波系数KFIR(m)全部相等时，滤波器也称为梳状滤波器，采用电荷分享的方法可以实现简单的梳状滤波器。如图4所示，梳状滤波器的抽头数N为4，滤波器阶数为3，C(m-3)、C(m-2)、C(m-1)、C(m)分别为直方图箱bin(m-3)、bin(m-2)、bin(m-1)、bin(m)中模拟计数器的计数电容，V(m-3)、V(m-2)、V(m-1)、V(m)为相应的计数值，开关k在进行滤波操作之前保持断开，进行滤波操作时开关k导通，根据电荷守恒原理，不同计数电容里的电荷通过导通的开关实现电荷共享，最后达到每个计数电容存储的电荷量一样，可实现平均滤波处理，其中，h(m)为经过滤波后的信号，平均滤波处理的表达式为：
模拟计数器中计数电容所设定的电容值大小一样，因此公式(2)中滤波系数均为1/4；对于当前应用于远距离探测的激光雷达，其脉宽通常为数十纳秒，激光包络近似为方波，该梳状滤波器滤波系数分布与激光包络形状接近，是一种简单有效的滤波策略。
需要说明的是，本实施例中，仅针对第m个直方图箱进行滤波进行描述，包括下述的调整滤波权重的过程，也仅针对第m个直方图箱进行滤波进行描述；整个完整的滤波处理还需要进行多次叠加，其中，
上述公式为针对第m个直方图箱进行滤波处理时，需要使用V(m-3)、V(m-2)、V(m-1)和V(m)这4个计数电容的计数值，但是针对第m+1个直方图箱进行滤波处理时，需要使用V(m-2)、V(m-1)、V(m)和V(m+1)这4个计数电容的计数值，以此类推；在整个完整的滤波处理过程，每一次处理，模拟计数器都需要设置对应的计数电容；例如，滤波器抽头数N设置为4的时候，其实针对于第m个模拟计数器，在进行对第m+3、m+2、m+1、m个直方图箱进行滤波处理时，均需要对第m个模拟计数器的计数值的读取，因此需要在最开始先设置4个计数电容。如果后续需要进行权重调整，那就再继续增加电容，所增加的电容的电荷量的不同代表着权重的增加或减少。
在本发明的一种可选地实施例中，请参见图5，图5是本发明实施例提供的滤波处理的另一种示意图，针对第m个直方图箱进行滤波，多个模拟计数器中至少一个模拟计数器对应设置多个计数电容；且该模拟计数器对应设置的多个计数电容的电容值相同、多个计数电容的电荷量相同；对飞行时间直方图进行滤波处理，该模拟计数器的计数值对应的滤波系数增大。
具体而言，请继续参见图5，本实施例中，通过模拟计数器对应设置多个计数电容的方式进行滤波操作；如图5所示，第m个模拟计数器对应设置3个计数电容，即C(m)、两个C`(m)，三个计数电容的电容值相同，携带的电荷量相同，即其初始电压V`(m)＝V(m)，通过电荷共享实现第m个模拟计数器的计数值对应的滤波系数的增大。
在本发明的一种可选地实施例中，请参见图6，图6是本发明实施例提供的滤波处理的另一种示意图，针对第m个直方图箱进行滤波，多个模拟计数器中至少一个模拟计数器对应设置多个计数电容；且该模拟计数器对应设置的多个计数电容的电容值相同、至少部分计数电容的电荷量为零；对飞行时间直方图进行滤波处理，该模拟计数器的计数值对应的滤波系数减小。
具体而言，请继续参见图6，本实施例中，通过模拟计数器对应设置多个计数电容的方式进行滤波操作；如图6所示，第m个模拟计数器对应设置3个计数电容，即C(m)、两个C`(m)，三个计数电容的电容值相同，两个C`(m)携带的电荷量为零，即其初始电压V`(m)＝0，通过电荷共享实现第m个模拟计数器的计数值对应的滤波系数的减小。
在本发明的一种可选地实施例中，请参见图7，图7是本发明实施例提供的滤波处理的另一种示意图，多个模拟计数器中至少一个模拟计数器对应设置两个计数电容；且该模拟计数器对应设置的两个计数电容的电容值相同，其中一个计数电容的电荷量每次电荷共享后置零；对飞行时间直方图进行滤波处理，通过多次的电荷共享，该模拟计数器的计数值对应的滤波系数减小。
具体而言，请继续参见图7，本实施例中，通过模拟计数器对应设置多个计数电容的方式进行滤波操作；如图7所示，第m个模拟计数器对应设置2个计数电容，即C(m)和C`(m)，两个计数电容的电容值相同，C`(m)携带的电荷量为零，即其初始电压V`(m)＝0，当经过一次电荷共享后，打开开关k`，使得C`(m)对地进行电荷释放，即重新令V`(m)＝0，以准备下一次的电荷共享，通过多次的电荷共享实现第m个模拟计数器的计数值对应的滤波系数的减小，因为减少额外计数电容的数量，可以节省面积。
在本发明的一种可选地实施例中，请参见图8，图8是本发明实施例提供的峰值检测电路的一种示意图，对滤波后的飞行时间直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息，包括：
通过斜坡电压生成器生成参考斜坡电压信号，将参考斜坡电压信号分别输入多个比较器的负极输入端；
将滤波处理后的飞行直方图中各模拟计数器的计数值输入多个比较器的正极输入端；
当各模拟计数器的计数值与参考斜坡电压信号的差值大于固定阈值时，比较器输出正阶跃信号；
根据多个比较器输出的信号，检测飞行时间直方图的峰值，提取飞行时间信息。
具体而言，请继续参见图8，本实施例中，经过合适的滤波，飞行时间直方图的峰值得到突出，半脉宽收窄，信噪比提高，然后进行峰值检测。参考图8，通过斜坡电压生成器产生参考斜坡电压信号ramp，并连接到比较器的负极输入端，滤波后的飞行时间直方图箱计数值(存储在计数电容)连接到比较器的正极输入端；可选地，比较器分别为COMP1、COMP2、COMP3、…、COMP(m)。当计数值与参考斜坡电压信号ramp的差值大于固定阈值Vth(Vth>0)时，比较器输出正阶跃信号，即产生上升沿信号。在斜坡电压生成器生成斜坡电压的过程中，上升沿到达先后检测电路对比较器的输出进行监控，即对out1、out2、out3、…、out(m)进行监控，最先被检测到上升沿信号的比较器，意味着此次比较中输入该比较器的飞行时间直方图箱计数值最大。通过对多个直方图箱计数值进行比较，可以检测出飞行时间直方图的峰值，即为有效的飞行时间信息。
请参见图9，图9是本发明实施例提供的峰值检测电路中比较器的电路原理图及其内部信号时序图，比较器采用节省面积的双管比较器方案。RST端控制比较器的复位以进行初始化，比较器输出低电平信号；当飞行时间直方图箱计数值V(m)与斜坡电压ramp的差值大于阈值Vth时，晶体管M1导通，比较器输出正阶跃信号。
通过上述过程，在不需要用到模数转换器对飞行时间直方图箱中直方图箱的最终计数值进行量化的情况下，进行滤波操作提高信噪比，检测出直方图的峰值完成有效飞行时间的提取。
基于同一发明构思，请参见图10，图10是本发明实施例提供的飞行时间信息提取系统的一种示意图，并结合图2所示，本发明还提供一种飞行时间信息提取系统，包括：
多个单光子雪崩二极管，被配置为生成SPAD事件；
多个时间数字转换器，耦合到多个单光子雪崩二极管；其中，每个时间数字转换器被配置为基于单光子雪崩二极管生成的SPAD事件，生成多个飞行时间码字；
直方图生成电路，直方图生成电路耦合到多个时间数字转换器；其中，直方图生成电路包括：
寻址逻辑单元，包括多个输出和被配置为从时间数字转换器接收多个飞行时间码字的输入；以及，
多个模拟计数器，包括耦合到寻址逻辑单元的多个输出中的输入；每个模拟计数器对应设置至少一个计数电容；
寻址逻辑单元配置为在探测时间内，基于接收的多个飞行时间码字选择对应数字地址的模拟计数器，并且使选择的模拟计数器的所述输入生效；其中，选择的模拟计数器被配置为当所选择的模拟计数器的所述输入被生效时，将选择的模拟计数器的计数值增加一个最小计数步长；其中，每个模拟计数器的计数电容被配置为在探测时间结束时具有最终电压，根据所有所述模拟计数器的计数值电容的最终电压，生成飞行时间直方图；
所述模拟计数器对应设置的计数电容被配置为不同数量或者电荷量的计数电容，对所述飞行时间直方图进行滤波处理；
峰值检测单元被配置为对滤波后的飞行直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息。
在本发明的一种可选地实施例中，请继续参见图4，每个模拟计数器对应设置一个计数电容；其中，模拟计数器对应设置的计数电容的第一端电连接地端、计数电容的第二端与相邻的模拟计数器对应设置的计数电容的第二端通过开关电连接。
具体而言，请继续参见图4，每个模拟计数器对应设置一个计数电容，计数电容的第一端电连接地端，计数电容的第二端与相邻模拟计数器对应设置的计数电容的第二端通过开关电连接；也可以理解为，所有计数电容的第一端均电连接地端，所有计数电容的第二端与相邻计数电容的第二端通过开关k电连接；如图4所示，计数电容C(m-3)的第二端通过开关k与计数电容C(m-2)的第二端电连接，计数电容C(m-2)的第二端通过开关k与计数电容C(m-3)的第二端和计数电容C(m-1)的第二端电连接；如此，针对低信噪比的情形，在基于模拟域的飞行时间直方图中添加滤波机制，采用电荷分享的方法对模拟域飞行时间直方图进行滤波，可以实现简单的梳妆滤波器。
在本发明的一种可选地实施例中，请继续参见图5，多个模拟计数器中至少一个模拟计数器对应设置多个计数电容；其中，模拟计数器对应设置的计数电容及多个计数电容的第一端电连接地端、计数电容的第二端与相邻的模拟计数器对应设置的计数电容的第二端通过开关电连接。
具体而言，请继续参见图5，本实施例中，至少一个模拟计数器对应设置多个计数电容，计数电容的第一端电连接地端，计数电容的第二端与相邻模拟计数器对应设置的计数电容的第二端通过开关电连接；也可以理解为，该计数电容的第一端均电连接地端，计数电容的第二端与相邻计数电容的第二端通过开关k电连接；如图5所示，计数电容C(m-3)的第二端通过开关k与计数电容C(m-2)的第二端电连接，计数电容C(m-2)的第二端通过开关k与计数电容C(m-3)的第二端和计数电容C(m-1)的第二端电连接；针对第m个直方图箱进行滤波，图5中计数电容C(m)与两个C`(m)的电容值相同，携带的电荷量相同，即其初始电压V`(m)＝V(m)，通过电荷共享实现第m个模拟计数器的计数值对应的滤波系数的增大。
在本发明的一种可选地实施例中，请继续参见图6～图7，多个模拟计数器中至少一个模拟计数器对应设置多个计数电容；其中，模拟计数器对应设置的计数电容的第一端电连接地端、计数电容的第二端与相邻的模拟计数器对应设置的计数电容的第二端通过开关电连接，模拟计数器对应设置多个计数电容中至少一个计数电容的第二端通过开关电连接地端。
具体而言，请继续参见图6～图7，本实施例中，至少一个模拟计数器对应设置多个计数电容，计数电容的第一端电连接地端，计数电容的第二端与相邻模拟计数器对应设置的计数电容的第二端通过开关电连接；也可以理解为，该计数电容的第一端均电连接地端，计数电容的第二端与相邻计数电容的第二端通过开关k电连接，该模拟计数器对应设置多个计数电容中至少一个计数电容的第二端通过开关电连接地端；如图6～图7所示，计数电容C(m-3)的第二端通过开关k与计数电容C(m-2)的第二端电连接，计数电容C(m-2)的第二端通过开关k与计数电容C(m-3)的第二端和计数电容C(m-1)的第二端电连接，计数电容C`(m)的第二端通过开关k`接地；针对第m个直方图箱进行滤波，如图6所示，第m个模拟计数器对应设置3个计数电容，即C(m)、两个C`(m)，三个计数电容的电容值相同，两个C`(m)携带的电荷量为零，即其初始电压V`(m)＝0，通过电荷共享实现第m个模拟计数器的计数值对应的滤波系数的减小；针对第m个直方图箱进行滤波，如图7所示，第m个模拟计数器对应设置2个计数电容，即C(m)和C`(m)，两个计数电容的电容值相同，C`(m)携带的电荷量为零，即其初始电压V`(m)＝0，当经过一次电荷共享后，打开开关k`，使得C`(m)对地进行电荷释放，即重新令V`(m)＝0，以准备下一次的电荷共享，通过多次的电荷共享实现第m个模拟计数器的计数值对应的滤波系数的减小，因为减少额外计数电容的数量，可以节省面积。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种飞行时间信息提取方法，其特征在于，包括：
将多个模拟计数器的计数值重置为初始计数值，每个模拟计数器对应设置至少一个计数电容，所述计数电容用于获取计数值，不同所述模拟计数器对应飞行时间直方图中的不同直方图箱；
直方图生成电路从时间数字转换器接收多个飞行时间码字；其中，所述时间数字转换器具有耦合到单光子雪崩二极管的输入；
在探测时间内，对接收到的所述多个飞行时间码字选择对应数字地址的模拟计数器，并将选择的模拟计数器的计数值增加一个最小计数步长；其中，在所述探测时间结束时，每个模拟计数器得到最终计数值，根据所有所述模拟计数器的最终计数值，生成飞行时间直方图；
根据不同所述模拟计数器对应设置的不同数量的计数电容或者电荷量不同的计数电容，对所述飞行时间直方图进行滤波处理；
对滤波后的飞行时间直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息。
2.根据权利要求1所述的飞行时间信息提取方法，其特征在于，所述对所述飞行时间直方图进行滤波处理的表达式为：
其中，hRAW(m)为输入信号，h(m)为滤波处理后的信号，N为滤波器抽头数，N-1为滤波器阶数，KFIR(m)为滤波系数，i为变量，i的取值范围为0～N-1。
3.根据权利要求2所述的飞行时间信息提取方法，其特征在于，针对第m个直方图箱进行滤波，所述每个模拟计数器对应设置一个计数电容，且所述每个模拟计数器对应设置的计数电容的电容值相同，对所述飞行时间直方图中各模拟计数器的计数值进行滤波处理时各滤波系数相同。
4.根据权利要求2所述的飞行时间信息提取方法，其特征在于，针对第m个直方图箱进行滤波，所述多个模拟计数器中至少一个所述模拟计数器对应设置多个计数电容；且该所述模拟计数器对应设置的多个计数电容的电容值相同、多个计数电容的电荷量相同；对所述飞行时间直方图进行滤波处理，该所述模拟计数器的计数值对应的滤波系数增大。
5.根据权利要求2所述的飞行时间信息提取方法，其特征在于，针对第m个直方图箱进行滤波，所述多个模拟计数器中至少一个所述模拟计数器对应设置多个计数电容；且该所述模拟计数器对应设置的多个计数电容的电容值相同、至少部分计数电容的电荷量为零；对所述飞行时间直方图进行滤波处理，该所述模拟计数器的计数值对应的滤波系数减小。
6.根据权利要求2所述的飞行时间信息提取方法，其特征在于，所述多个模拟计数器中至少一个所述模拟计数器对应设置两个计数电容；且该所述模拟计数器对应设置的两个计数电容的电容值相同，其中一个计数电容的电荷量每次电荷共享后置零；对所述飞行时间直方图进行滤波处理，通过多次的电荷共享，该所述模拟计数器的计数值对应的滤波系数减小。
7.根据权利要求1所述的飞行时间信息提取方法，其特征在于，所述对滤波后的飞行时间直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息，包括：
通过斜坡电压生成器生成参考斜坡电压信号，将所述参考斜坡电压信号分别输入多个比较器的负极输入端；
将滤波处理后的飞行直方图中各模拟计数器的计数值输入多个比较器的正极输入端；
当所述各模拟计数器的计数值与所述参考斜坡电压信号的差值大于固定阈值时，所述比较器输出正阶跃信号；
根据多个所述比较器输出的信号，检测飞行时间直方图的峰值，提取飞行时间信息。
8.一种飞行时间信息提取系统，其特征在于，包括：
多个单光子雪崩二极管，被配置为生成SPAD事件；
多个时间数字转换器，耦合到所述多个单光子雪崩二极管；其中，每个时间数字转换器被配置为基于单光子雪崩二极管生成的SPAD事件，生成多个飞行时间码字；
直方图生成电路，所述直方图生成电路耦合到多个时间数字转换器；其中，所述直方图生成电路包括：
寻址逻辑单元，包括多个输出和被配置为从所述时间数字转换器接收多个飞行时间码字的输入；以及，
多个模拟计数器，包括耦合到所述寻址逻辑单元的所述多个输出中的输入；每个模拟计数器对应设置至少一个计数电容；
所述寻址逻辑单元配置为在探测时间内，基于接收的多个飞行时间码字选择对应数字地址的模拟计数器，并且使选择的模拟计数器的所述输入生效；其中，选择的模拟计数器被配置为当所选择的模拟计数器的所述输入被生效时，将选择的模拟计数器的计数值增加一个最小计数步长；其中，每个模拟计数器的计数电容被配置为在探测时间结束时具有最终电压，根据所有所述模拟计数器的计数值电容的最终电压，生成飞行时间直方图；
所述模拟计数器对应设置的计数电容被配置为不同数量或者电荷量不同的计数电容，对所述飞行时间直方图进行滤波处理；
峰值检测单元被配置为对滤波后的飞行直方图进行峰值检测，提取飞行时间信息。
9.根据权利要求8所述的飞行时间信息提取系统，其特征在于，所述每个模拟计数器对应设置一个计数电容；其中，所述模拟计数器对应设置的计数电容的第一端电连接地端、计数电容的第二端与相邻的模拟计数器对应设置的计数电容的第二端通过开关电连接。
10.根据权利要求8所述的飞行时间信息提取系统，其特征在于，所述多个模拟计数器中至少一个所述模拟计数器对应设置多个计数电容；其中，所述模拟计数器对应设置的计数电容及多个计数电容的第一端电连接地端、计数电容的第二端与相邻的模拟计数器对应设置的计数电容的第二端通过开关电连接；或者，所述模拟计数器对应设置的计数电容的第一端电连接地端、计数电容的第二端与相邻的模拟计数器对应设置的计数电容的第二端通过开关电连接，模拟计数器对应设置多个计数电容中至少一个计数电容的第二端通过开关电连接地端。
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