本發明屬于數模混合集成電路，具體涉及一種基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法。
背景技術：
1、飛行時間（time?of?flight，tof）成像是激光雷達3d測距成像領域的核心技術之一，其基本原理是通過激光源向視場中的待測目標發射調制脈沖激光信號，激光經目標反射后被光電傳感器接收，通過直接或間接測量激光從發射到接收的飛行時間，結合光速計算出傳感器與目標之間的距離，進而重構目標的三維空間信息。其中，直接飛行時間（direct?tof，dtof）技術憑借測距范圍廣、響應速度快等優勢，在消費電子、自動駕駛、工業檢測等場景中得到廣泛應用，其核心實現方式是利用單光子雪崩二極管（single?photonavalanche?diode，spad）作為光電探測器件，捕捉單個光子的飛行時間信息，通過時間數字轉換器（time-to-digital?converter，tdc）將光子飛行時間轉換為數字碼字，并基于多次探測結果進行直方圖統計，生成飛行時間直方圖，最終通過峰值檢測等算法提取有效飛行時間信息以完成測距。
2、在直接飛行時間成像系統中，飛行時間直方圖的時間分辨率決定測距精度，直方圖箱的數量影響測距距離，為實現更高的距離分辨率和可測距離，需要每個直方圖箱對應的時間量化步長降低，并增加直方圖箱的數量，這必然導致用于存儲直方圖數據的存儲器數量呈指數級增加。現有技術中，直方圖生成主要基于數字域實現，通常采用靜態隨機存儲器（static?random?access?memory，sram）或并行化數字計數器對大量飛行時間碼字進行統計存儲。例如，當需要實現厘米級甚至毫米級距離分辨率時，直方圖箱數量往往需要達到數千乃至數萬級，此時sram需提供海量存儲單元以容納每個直方圖箱的計數數據，并行化數字計數器也需對應配置大量計數模塊，這不僅導致電路芯片的面積占用急劇增加，還會顯著提升系統的功率消耗，嚴重制約了dtof技術在小型化、低功耗設備中的應用。
3、同時，直接飛行時間測距技術在提高分辨率方面存在固有的局限。直接飛行時間的距離分辨率直接依賴于tdc的時間量化精度，即量化步長越小，理論測距分辨率越高。但傳統tdc的量化步長受限于電路的時鐘頻率、噪聲水平及工藝制程，若要進一步減小量化步長以提升分辨率，需采用更復雜的tdc架構，這會導致tdc的設計難度、電路復雜度及功耗顯著增加；另一方面，量化步長的減小會直接導致直方圖箱數量進一步增多，不僅加劇了存儲器資源的占用壓力，還會使直方圖中的有效信號被更多噪聲稀釋，降低信噪比，反而影響有效飛行時間信息的提取精度。這種“分辨率提升-量化步長減小-資源消耗激增-信噪比下降”的惡性循環，使得傳統直接飛行時間技術在追求高分辨率時面臨難以突破的瓶頸。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：
2、本發明提供了一種基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，包括：
3、步驟1：利用spad與淬滅復位電路探測光子信號，并輸出光子信號探測時間與激光發射起始時間間隔對應的飛行時間脈沖信號；
4、步驟2：對所述飛行時間脈沖信號進行兩級量化處理，其中：
5、在粗量化階段，通過移位寄存器與模擬計數器對所述飛行時間脈沖信號進行粗量化記錄，并對所述模擬計數器的模擬電平信號進行多級量化，生成粗量化飛行時間直方圖；
6、在細量化階段，根據所述粗量化飛行時間直方圖確定峰值位置并生成對應峰值位置的窗口信號，將所述窗口信號和所述飛行時間脈沖信號通過時間模擬轉換器與時間放大電路進行時間放大處理，將放大后的時間信號通過所述移位寄存器與所述模擬計數器進行細量化記錄，并對所述模擬計數器的模擬電平信號進行多級量化，生成細量化飛行時間直方圖；
7、步驟3：基于所述粗量化飛行時間直方圖和所述細量化飛行時間直方圖提取目標飛行時間信息，并計算測距結果。
8、與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
9、1.本發明的基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，采用先粗量化定位，后細量化精測的兩級策略，結合時間放大技術，在不依賴高頻時鐘的前提下實現高時間分辨率，提升了整體量化速度與系統響應能力。通過使用兩步式飛行時間的量化，實現較高精度的測距的同時，減少了飛行時間直方圖生成所需存儲器數量。
10、2.?本發明的基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，在兩級量化過程中，利用時間模擬轉換器，將時間間隔轉換為不同倍數的模擬電平的下降速度，通過比較器將時間間隔放大，實現對飛行時間的放大，進而實現測距精度的提升。而且放大倍數可調，可根據應用需求靈活平衡分辨率、速度與功耗，適用于從消費電子到工業檢測等多種場景。
11、為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
1.一種基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，其特征在于，在粗量化階段，通過移位寄存器與模擬計數器對所述飛行時間脈沖信號進行粗量化記錄，包括：
3.根據權利要求1所述的基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，其特征在于，所述模擬計數器為電荷存儲型計數器，其輸出電壓隨計數值增加而線性下降，滿足關系：
4.根據權利要求1所述的基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，其特征在于，在粗量化階段和細量化階段，利用多級量化電路對所述模擬計數器的模擬電平信號進行多級量化，其中，所述多級量化電路包括比較器和數字計數器，多級量化過程包括：
5.根據權利要求4所述的基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，其特征在于，所述參考閾值電壓取值為高閾值電壓，且滿足關系：
6.根據權利要求5所述的基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，其特征在于，所述模擬計數器的實際計數值的計算方式為：
7.根據權利要求1所述的基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，其特征在于，在細量化階段，利用鑒相器對所述粗量化飛行時間直方圖進行分析確定峰值位置，以所述峰值位置的對應時間為中心根據預設窗口寬度生成所述窗口信號。
8.根據權利要求1所述的基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，其特征在于，所述時間放大處理包括：
9.根據權利要求1所述的基于多級量化的直接飛行時間信息提取方法，其特征在于，所述細量化階段的時間分辨率為粗量化階段的時間分辨率的，其中，為電容比例系數，為電流比例系數。