[发明专利]一种应用于激光测距系统的直方图峰值检测电路及方法

说明书

本发明公开了一种应用于激光测距系统的直方图峰值检测电路，包括选择电路、直方图电路、数据筛选电路和峰值读出电路。本发明适用于环境光噪声水平较高的应用场景，通过参考电压V_ref和放电电流的调整可以应对不同的环境光噪声强度。本发明采用MOS电容放电的方式分段统计TDC的输出并生成直方图，并且直方图电路的复用显著减少了直方图单元的数量，可以有效减小版图面积，提高电路的集成度。此外，直方图峰值的检测输出一方面提高了探测结果的可靠性和准确性，另一方面节省了大规模的存储元件，进一步提高了直方图算法片内集成的可行性。

技术领域

本发明属于激光测距、3D成像和荧光寿命成像技术领域，尤其涉及一种应用于激光测距系统的直方图峰值检测电路及方法。

背景技术

光子飞行时间(TOF,Time-of-Flight)探测器具有探测效率高、动态范围大、响应速度快等优点,在激光测距、三维成像、荧光寿命成像等领域得到广泛的应用。TOF探测器的原理是通过计算光信号在探测器和目标之间的飞行时间得到目标的位置信息。由于探测器的灵敏度很高,当环境光较强且目标距离较远时，探测结果会受环境背底光噪声的严重影响。为了筛选出有效的光子飞行时间信息，探测器需要对目标进行多次重复测量，通过时间-数字转换器(TDC)输出多组光子飞行时间信息储存在直方图中，根据直方图峰值计算出目标的位置信息。随着对探测距离需求的增长及成像阵列规模的不断扩大，在保证准确、高效的噪声抑制能力基础上，降低电路复杂度缩小电路版图面积以提高片内集成可行性成为亟待解决的问题。

发明内容

解决的技术问题：本发明采用MOS电容放电的方式分段统计TDC的输出并生成直方图，并且直方图电路的复用显著减少了直方图单元的数量，可以有效减小版图面积，提高电路的集成度。此外，直方图峰值的检测输出一方面提高了探测结果的可靠性和准确性，另一方面节省了大规模的存储元件，进一步提高了直方图算法片内集成的可行性。

技术方案：

一种应用于激光测距系统的直方图峰值检测电路，所述直方图峰值检测电路包括选择电路、直方图电路、数据筛选电路和峰值读出电路；

所述直方图电路包括呈并联关系的的8组直方图单元U[n]，n＝0,1,…,7，其包含的8个输出端与峰值读出电路的8个输入端对应连接；

所述选择电路包括8个输出端U0～U7，其包含的8个输出端U0～U7与直方图电路的8个输入端H[0]～H[7]对应连接，对8组直方图单元进行分别控制；选择电路根据相应的外部分段控制信号对9位TDC数据T[0]～T[8]进行处理，将TDC数据的部分位进行解码以选择相应的直方图单元进行累计，重复此过程直到所有TDC数据完成累计，累计次数最多的直方图单元U[n]输出相应的峰值信号Y[n]至峰值读出电路，由峰值读出电路对TDC数据的相应位的峰值进行存储；同时峰值信号Y[n]将相邻两个直方图单元的MOS电容栅极复位至V_ref；

所述数据筛选电路的输入端与峰值读出电路的输出端连接，输出端与8组直方图单元U[n]的有效位输入端Valid连接，数据筛选电路用于根据当前外部分段控制信号从上一次峰值读出电路输出的相应位的峰值的范围内筛选出有效TDC数据，由直方图电路执行当前直方图累计过程，直至峰值读出电路完成9位TDC数据的峰值检测。

进一步地，所述选择电路包括第一数据选择器(MUX_1)、第二数据选择器(MUX_2)、第三数据选择器(MUX_3)和译码器(Decoder3_8)；