GPSBOX

Der QHY-GPSBOX ist ein kompaktes Kamera-Zubehör, das hochpräzise GPS-Zeitskalen liefert und es einigen QHYCCD-Kameras ermöglicht, genaue Zeitinformationen zur Belichtungszeit der Kamera zu erhalten. Darüber hinaus werden diese Informationen intern an die Kamera zurückgegeben und nach dem Start eines Bildframes zu den Bilddaten hinzugefügt. GPS-Zeitinformationen und Bildinformationen sind daher vollständig konsistent. Es entsteht keine Verwirrung durch Übertragung, Pufferung oder andere Gründe. Die Verwendung und das Auslesen sind sehr bequem.

Der QHY-GPSBOX verfügt über ein eingebautes GNSS-Modul und kann derzeit sowohl reinen GPS-Betrieb als auch GPS/Beidou-Dualmodus-Betrieb bieten. Letzterer kann per Software auf GPS-Modus oder Beidou-Modus eingestellt werden. Der GPSBOX enthält außerdem einen lokalen spannungsgesteuerten Quarzoszillator (VCXO) mit 10 MHz, der eine interne Zeitgeberuhr mit einer Auflösung von 0.1 µs bereitstellt. Gleichzeitig wird die Zeitgeberuhr durch das PPS-Modell des GNSS-Moduls zurückgesetzt. Daher sind die Uhr und die Sekundenstartzeit des GNSS-Systems streng synchronisiert, und der Fehler liegt im Bereich von 20 ns bis 100 ns.

QHY-GPSBOX und Kamera werden über einen 6-poligen Aviation-Stecker verbunden. Enthält die folgenden Signale:

Beachten Sie, dass Sie bei der Auswahl einer Kamera die Sonderversion mit GPS-Buchse angeben müssen. Die in der Standardversion verwendete Buchse ist eine 5-Kern-Luftfahrtbuchse. Während die Kamera arbeitet, wird pro Bild ein elektronisches Verschluss-Messwellenform erzeugt. Die Wellenform wird an die GPSBOX ausgegeben. Nachdem die GPSBOX eine hochpräzise Zeitmessung durchgeführt hat, gibt sie serielle Kopfdaten aus und sendet sie an die Kamera zurück. Die Kamera zeichnet diese Daten nach dem Bildkopf jedes Bildes auf (wobei einige Pixelwerte in den ersten Zeilen ersetzt werden)

QHYGPS verfügt über einen perfekten Fehlertoleranzmechanismus. Es kann mit der Situation umgehen, wenn das PPS-Signal verloren geht. Wenn das PPS-Signal verloren geht, wird nach 50.0us ein interner Sekundenschritt verwendet. Und diese Informationen werden aufgezeichnet. Für Zeitinformationen ohne PPS-Signal wird ein kumulativer Zeitfehler von 50us pro Sekunde erzeugt. Wenn das PPS-Signal wiederhergestellt ist, wird das PPS-Signal erneut verwendet, um den internen Timer zurückzusetzen. Daher hat es nach der Wiederherstellung GPS-Zeitgenauigkeit und akkumuliert keine vorherigen Fehler.

Die QHYGPS gibt außerdem jede Sekunde einen GPS-Messwert einer internen 10MHz-Uhr aus. Dieser Messwert kann später in der Software verwendet werden, um die Frequenz des internen 10MHz-Quarzoszillators genau zu kalibrieren und so einen Fehler des internen 10MHz-Quarzoszillators sowie Temperaturdrift zu vermeiden.

Derzeit verfügen nur die folgenden Modelle über einen 6-poligen Aviation-Stecker, der GPSBOX unterstützt (ohne weitere Modifikation).

QHY600 Pro

QHY268Pro

QHY4040

QHY4040Pro

QHY6060

QHY42Pro

QHY411

QHY461

Andere Modelle haben keinen 6-Pin-Stecker, können aber für die Kompatibilität mit dem QHY-GPSBOX modifiziert werden. Bitte kontaktieren Sie QHYCCD für solche Anforderungen.

GPXBOX-QHY600Pro Hochpräzise Zeitmessung

Die professionelle Version QHY600 verfügt über eine GPIO-Buchse mit 5/6 Pins. Sie kann die Vsync- und Hsync-Signale zur Messung ausgeben. Sie kann direkt mit dem QHY-GPSBOX verbunden werden, um Zeitmessungen durchzuführen und die gemessenen Informationen in das Bild zu kodieren.

Dieses Dokument erläutert, wie die genaue Zeitmessung durchgeführt wird.

Aufgrund des Rolling Shutters des QHY600 CMOS-Sensors kann die Kamera kein Signal zum globalen Belichtungsstart und -ende ausgeben. Das Messsignal ist Vsync. Vsync entspricht ungefähr dem Zeitpunkt, an dem ein Frame ausgelesen wird. Es liegt also sehr nahe am Belichtungsende von Zeile 0. Die Pulsbreite von Vsync beträgt etwa 0.4 µs.

Rolling-Shutter-Timing

Beim Rolling Shutter erfolgt die Belichtung zeilenweise. Normalerweise endet die Belichtung, wenn eine Zeile ausgelesen wird. Der Belichtungsbeginn wird über ein Register gesteuert, die Einheit ist die Zeilenperiode.

Belichtungszeit = n * Zeilenperiode

Wenn wir das Ende der Belichtungszeit von Zeile 0 kennen, kennen wir auch den Beginn der Belichtungszeit:

Belichtungsstartzeit Zeile 0 = Belichtungsendzeit Zeile 0 – Belichtungszeit 0

Und wir können die Start- und Endbelichtungszeiten anderer Zeilen ermitteln:

Belichtungsstartzeit Zeile 1 = Belichtungsstartzeit Zeile 0 + Zeilenperiode

Belichtungsstartzeit Zeile 2 = Belichtungsstartzeit Zeile 0 + 2 * Zeilenperiode

……

Belichtungsendzeit Zeile 1 = Belichtungsendzeit Zeile 0 + Zeilenperiode

Belichtungsendzeit Zeile 2 = Belichtungsendzeit Zeile 0 + 2 * Zeilenperiode

……

Abb. 1 Zeitdiagramm bei Belichtungszeit von einer Zeilenperiode (Kurzbelichtungsmodus)

Abb. 2 Zeitdiagramm bei Belichtungszeit von zwei Zeilenperioden (Kurzbelichtungsmodus)

fig.3 Das Zeitdiagramm im Langzeitbelichtungsmodus. Die Langzeitbelichtung wird erreicht, indem die hsync-Nummer zwischen zwei vsync-Signalen erhöht wird. Die Belichtungszeit entspricht also der Frame-Periode.

Für präzise Zeitmessung. Sobald wir die Endzeit der Belichtung von Zeile 0 kennen, können wir die End- und Startzeiten aller anderen Zeilen ableiten.

Wenn das Objekt eine Punktquelle ist, können wir seine Position (X,Y) im Bild bestimmen. Dann können wir die Start- und Endzeit der Belichtung dieser Zeile für die Start-/Endzeit der Objektbelichtung verwenden.

Die Vsync-Zeit bis zur Endzeit der ersten Zeile ermitteln

Da der CMOS-Sensor die Endbelichtungszeit bestimmter Zeilen nicht ausgibt, wie die Endbelichtungszeit der Zeile 0. Außerdem müssen wir die (X,Y)-Position verwenden, um das Objekt zu berechnen. Wir müssen die Beziehung zwischen der Zeile im Bild und der Belichtungszeit kennen. Zum Beispiel ist die Zeile 0 im Bild möglicherweise nicht die Zeile 0 in Abb. 1,2,3. Da der Sensor optische schwarze Zeilen hat.

Um das VSync-Signal bis zum Ende der Belichtungszeit der Zeile 0 im Bild zu messen, müssen wir die LED-Kalibrierungsmethode verwenden.

Wir verwenden die LED-Methode, um die Zeitsteuerung zu testen, und fanden heraus, dass die Kamera mit zwei Zeilen gleichzeitig belichtet. Bei der Standardauflösung bei Aufnahme mit SharpCAP, USB_TRAFFIC=0. Die Zeile 1 und Zeile 2 enden die Belichtung bei HSYNC=46. Und die Position zur fallenden Flanke von hync beträgt 21.52 µs. So können wir Folgendes ableiten:

T (Endbelichtung, Zeile1&2) = GPS-Position + 46 * Zeilenperiode + 21.52 µs.

Im ROI-Modus empfiehlt es sich, die LED-Kalibrierung zu wiederholen, um genaue Werte zu erhalten. QHYCCD kann die LED-Kalibrierungswerkzeuge zur Kalibrierung bereitstellen.

Wichtig: Im 2CMS-Modus erfolgt die Belichtung mit einer Zeile, nicht mit zwei Zeilen zusammen. Und die „46“ und die „21.52µs“ werden nicht identisch sein.

FAQ

(1) Welcher Parameter beeinflusst die Zeilenperiode und wie erfährt man die Zeilenperiode?

USB_TRAFFIC, 8bit/16bit Einstellung wird dies ändern. Sie können ein Oszilloskop verwenden, um das HSYNC-Signal zu messen und die Zeilenperiode zu ermitteln. Im QHYCCD SDK gibt es eine API, die diese ebenfalls zurückgeben kann. Es ist jedoch am besten, das Oszilloskop zur doppelten Überprüfung zu verwenden.

uint32_t STDCALL GetQHYCCDPreciseExposureInfo(qhyccd_handle *h,uint32_t *PixelPeriod_ps,uint32_t *LinePeriod_ns,uint32_t *FramePeriod_us,uint32_t *ClocksPerLine, uint32_t *LinesPerFrame,uint32_t *ActualExposureTime,uint8_t *isLongExposureMode

(2)Welcher Parameter beeinflusst das „46“ im obigen Text?

Der ROI, LiveFrame/SingleFrame, 2CMS/non 2CMS beeinflussen dies. Es ist am besten, die LED-Kalibrierungsmethode zu verwenden, um die detaillierte Timing zu bestätigen.