本申请提出了TOF直方图动态范围拓展方法及其应用，包括以下步骤：S00、将整个时间轴分段形成多个区间，并设定每个区间对应的左右边界；S10、为每个区间分配对应不同的量化级数，每个区间包含多个时间片段，且同一区间内的每个时间片段均设有一同样大小的累加器；S20、当每个脉冲周期输入时间值信号时，将对应时间片段的累加器计数加1，直至多次测量累加器翻转清零后，将对应时间片段的直方图数组位计数加1；S30、循环S20步骤，直至输入所有信号，完成直方图构建。本申请在不增加算法和电路复杂度的前提下，改善了时间轴前方事件数堆积造成信号光所在时间片段事件数低于前方噪声事件数的情况下，简单通过幅值简单寻峰的问题。