GPSBOX

QHY-GPSBOXは、高精度なGPSハードウェアタイムスケールを提供するコンパクトなカメラアクセサリーで、一部のQHYCCDカメラが露光時間の正確な時刻情報を取得できるようにします。さらに、この情報はカメラ内部に返され、1フレームの画像開始後に画像データに追加されます。そのため、GPSタイミング情報と画像情報は完全に一致します。伝送、バッファリング、その他の理由による混乱は発生しません。使用も読み取りも非常に便利です。

QHY-GPSBOXにはGNSSモジュールが内蔵されており、現在、純粋なGPS動作とGPS/北斗（BeiDou）デュアルモード動作の両方を提供できます。後者はソフトウェアでGPSモードまたは北斗モードに設定できます。GPSBOXには、内部の0.1マイクロ秒分解能のタイミングクロックを提供するローカルの10MHz電圧制御水晶発振器（VCXO）も含まれています。同時に、タイミングクロックはGNSSモジュールのPPSモデルによってリセットされます。したがって、クロックとGNSSシステムの秒開始時刻は厳密に同期され、誤差は20ナノ秒から100ナノ秒の範囲内です。

QHY-GPSBOXとカメラは、6ピンの航空プラグで接続します。以下の信号が含まれています：

カメラを選ぶ際は、GPSソケット付きの特別バージョンを指定する必要があることに注意してください。標準バージョンで使用されるソケットは、5コアの航空ソケットです。カメラが動作しているとき、毎フレーム電子シャッター測定波形が生成されます。波形はGPSBOXに出力されます。GPSBOXが高精度の時間測定を行った後、シリアルヘッダーデータを出力し、カメラに送り返します。カメラは各フレームのフレームヘッダーの後にこれらのデータを記録します（最初の数行の一部のピクセル値を置き換えます）

QHYGPSは完璧なフォールトトレランス機構を備えています。PPS信号が失われた場合の状況に対処できます。PPS信号が失われた場合、50.0us後に内部の秒ステップが使用されます。そしてこの情報は記録されます。PPS信号のないタイミング情報については、毎秒50usの累積タイミングエラーが生成されます。PPS信号が復元されると、PPS信号が再び使用されて内部タイマーがリセットされます。したがって、復旧後はGPSタイミング精度を持ち、以前のエラーを累積しません。

QHYGPSは、毎秒、内部の10MHzクロックのGPS測定値を出力します。この測定値は、後でソフトウェアで内部の10MHz水晶発振器の周波数を正確に校正するために使用でき、内部の10MHz水晶発振器の誤差や温度ドリフトを回避できます。

現在、GPSBOXをサポートする（追加の改造なしの）6ピンの航空プラグを備えているのは、以下のモデルのみです。

QHY600 Pro

QHY268Pro

QHY4040

QHY4040Pro

QHY6060

QHY42Pro

QHY411

QHY461

他のモデルには 6 ピンプラグはありませんが、QHY-GPSBOXと互換性を持たせるように改造できます。そのような要件についてはQHYCCDにお問い合わせください。

GPXBOX-QHY600Pro 高精度時間測定

QHY600 プロフェッショナル版には、5 ピン/6 ピンのGPIOソケットが搭載されています。これにより、Vsync、Hsync信号を出力して測定できます。QHY-GPSBOXと直接接続して時間テストを行い、測定情報を画像にエンコードできます。

このドキュメントでは、その正確な時間測定方法を紹介します。

QHY600 CMOSセンサーのローリングシャッターのため、カメラはグローバル露光の開始と終了を示す信号を出力できません。測定用の信号はVsyncです。Vsyncは、1フレームの読み出し開始時間にほぼ相当します。そのため、行0の露光終了時間に非常に近くなります。Vsyncのパルス幅は約0.4μsです。

ローリングシャッターのタイミング

ローリングシャッターの場合、露光は行単位で行われます。通常、露光の終了は1行の読み出しが開始される時点で発生します。露光の開始はレジスタによって制御され、単位は行周期です。

露光時間 = n × 行周期

行 0 の露光終了時間がわかれば、露光開始時間は次のようになります。

行 0 の露光開始時間 = 行 0 の露光終了時間 – 露光時間 0

また、他の行の露光開始時間と終了時間も求めることができます：

行 1 の露光開始時間 = 行 0 の露光開始時間 + 行周期

露光開始時間 行 2 = 露光開始時間 行 0 + 2 * 行周期

……

露光終了時間 行 1 = 露光終了時間 行 0 + 行周期

露光終了時間 行 2 = 露光終了時間 行 0 + 2 * 行周期

……

図 1 露光時間が1行周期の場合のタイミング図（短露光モード）

図 2 露光時間が2行周期の場合のタイミング図（短露光モード）

fig.3 長時間露光モードのタイミンググラフ。長時間露光は、2つのvsync間のhsync数を増やすことで行われます。したがって、露光時間 = フレーム周期です。

正確な時間測定のために。行 0 の露光終了時間がわかれば、他のすべての行の露光終了時間と開始時間を取得できます。

物体が点光源の場合、画像内の位置 (X,Y) を知ることができます。次に、この行の露光開始時間と終了時間を、物体の露光開始/終了時間として使用できます。

Vsync時間から最初の行の終了時間までの時間を知る

CMOSセンサーは一部の行の露光終了時間を出力しないため、行 0 の露光終了時間などが出力されません。また、オブジェクトを計算するために (X,Y) 位置を使用する必要があるため、画像上の行と露光時間の関係を知る必要があります。例えば、画像上の行 0 は、図 1,2,3 の行 0 ではない場合があります。センサーにはオプティカルブラック行があるためです。

画像内の行 0 の露光終了時間までの VSYNC 信号を測定するには、LED キャリブレーション方式を使用する必要があります。

LED 方式を使用してタイミングをテストしたところ、カメラは 2 行同時に露光されることがわかりました。SharpCAP でキャプチャするときのデフォルト解像度では、USB_TRAFFIC=0 です。ライン 1 とライン 2 の露光は HSYNC=46 で終了します。hync の立ち下がりエッジまでの位置は 21.52 µs です。したがって、次のことがわかります:

T（最終露光、ライン1&2）= GPS位置 + 46 * ライン周期 + 21.52 µs。

ROIモードでは、正確な値を得るためにLEDキャリブレーションをやり直すことをお勧めします。QHYCCDはキャリブレーション用のLEDキャリブレーションツールを提供できます。

重要: 2CMSモードの場合、露光は1行で行われ、2行一緒ではありません。また、「46」と「21.52µs」は同じになりません。

よくある質問

（1）どのパラメータがライン周期に影響し、ライン周期を知るにはどうすればよいですか？

USB_TRAFFIC、8bit/16bitの設定で変更されます。オシロスコープを使用してHSYNC信号を測定し、ライン周期を把握できます。QHYCCD SDKにはそれを返すAPIもありますが、オシロスコープで再確認することをお勧めします。

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)上記のテキスト内の「46」に影響を与えるパラメータはどれですか？

ROI、LiveFrame/SingleFrame、2CMS/non 2CMSが影響します。詳細なタイミングを確認するには、LEDキャリブレーション方法を使用してテストするのが最適です。