GPSBOX

O QHY-GPSBOX é um acessório compacto para câmaras que fornece escalas de tempo GPS de alta precisão, permitindo que algumas câmaras QHYCCD obtenham informações temporais exatas sobre o tempo de exposição da câmara. Além disso, estas informações são devolvidas internamente à câmara e adicionadas aos dados de imagem após o início de um fotograma. As informações de sincronização GPS e as informações de imagem são, portanto, totalmente consistentes. Não é criada qualquer confusão devido a transmissão, armazenamento em buffer ou outras razões. É muito conveniente de utilizar e ler.

O QHY-GPSBOX possui um módulo GNSS integrado e pode atualmente fornecer tanto funcionamento GPS puro como funcionamento em modo duplo GPS/BeiDou. Este último pode ser configurado por software para funcionar em modo GPS ou modo BeiDou. O GPSBOX também contém um oscilador de cristal controlado por tensão (VCXO) local de 10 MHz que fornece um relógio de sincronização interno com resolução de 0.1 µs. Ao mesmo tempo, o relógio de sincronização é reiniciado pelo modelo PPS do módulo GNSS. Portanto, o relógio e o tempo de início do segundo do sistema GNSS estão estritamente alinhados, e o erro está dentro de um intervalo de 20 ns a 100 ns.

O QHY-GPSBOX e a câmara são ligados por uma ficha de aviação de 6 pinos. Contém os seguintes sinais:

Note que, ao escolher uma câmara, deve especificar a versão especial com tomada GPS. A tomada utilizada na versão padrão é uma tomada de aviação de núcleo 5. Quando a câmara está a funcionar, é gerada uma forma de onda de medição do obturador eletrónico em cada fotograma. A forma de onda é enviada para a GPSBOX. Depois de a GPSBOX efetuar uma medição de tempo de alta precisão, emite dados de cabeçalho serial e envia-os de volta para a câmara. A câmara regista estes dados após o cabeçalho de cada fotograma (substituindo alguns valores de píxeis nas primeiras linhas)

A QHYGPS tem um mecanismo perfeito de tolerância a falhas. Pode lidar com a situação quando o sinal PPS é perdido. Se o sinal PPS for perdido, após 50.0us, será utilizado um passo de segundo interno. E esta informação será registada. Para informações de temporização sem sinal PPS, será gerado um erro de temporização cumulativo de 50us por segundo. Quando o sinal PPS for restaurado, o sinal PPS será utilizado novamente para repor o temporizador interno. Portanto, tem precisão de temporização GPS após a recuperação e não acumulará erros anteriores.

A QHYGPS também emitirá um valor de medição GPS de um relógio interno de 10MHz a cada segundo. Este valor de medição pode ser utilizado para calibrar com precisão a frequência do oscilador de cristal interno de 10MHz no software posteriormente, evitando assim um erro do oscilador de cristal interno de 10MHz e a deriva térmica.

Atualmente, apenas os seguintes modelos possuem ficha de aviação de 6 pinos que suporta GPSBOX (sem modificação adicional).

QHY600 Pro

QHY268Pro

QHY4040

QHY4040Pro

QHY6060

QHY42Pro

QHY411

QHY461

Outros modelos não têm uma ficha de 6 pinos, mas podem ser modificados para serem compatíveis com o QHY-GPSBOX. Por favor, contacte a QHYCCD para tais requisitos.

GPXBOX-QHY600Pro Medição de tempo de alta precisão

A versão profissional QHY600 possui uma tomada GPIO de 5/6 pinos. Pode emitir os sinais Vsync e Hsync para medição. Pode ligar-se diretamente ao QHY-GPSBOX para realizar testes de tempo e codificar a informação medida na imagem.

Este documento irá explicar como obter a medição precisa do tempo do mesmo.

Devido ao obturador de rolagem do sensor CMOS QHY600, a câmara não consegue emitir um sinal que indique o início e o fim da exposição global. O sinal para medição é Vsync. Vsync é aproximadamente o momento em que um fotograma começa a ser lido. Portanto, está muito próximo do tempo de fim de exposição da linha 0. A largura do pulso de Vsync é de cerca de 0.4 µs.

Temporização do obturador de rolagem

Para o obturador de rolagem, a exposição é baseada em linhas. Normalmente, o fim da exposição ocorre no momento em que uma linha começa a ser lida. O início da exposição é controlado por um registo e a unidade é o período de linha.

tempo de exposição = n * período de linha

Se soubermos o fim do tempo de exposição da linha 0, sabemos que o tempo de início da exposição é

tempo de início da exposição da linha 0 = tempo de fim da exposição da linha 0 – tempo de exposição 0

E podemos saber o início e o fim da exposição de outras linhas:

tempo de início da exposição da linha 1 = tempo de início da exposição da linha 0 + período de linha

tempo de início de exposição linha 2 = tempo de início de exposição linha 0 + 2 * período de linha

……

tempo de fim de exposição linha 1 = tempo de fim de exposição linha 0 + período de linha

tempo de fim de exposição linha 2 = tempo de fim de exposição linha 0 + 2 * período de linha

……

fig. 1 O gráfico de temporização quando o tempo de exposição é um período de linha (modo de exposição curta)

fig. 2 O gráfico de temporização quando o tempo de exposição é dois períodos de linha (modo de exposição curta)

fig.3 O gráfico de temporização no modo de exposição longa. A exposição longa é feita aumentando o número de hsync entre dois vsync. Portanto, o tempo de exposição = período de frame.

Para medição precisa do tempo. Assim que obtivermos o tempo de fim de exposição da linha 0, podemos obter os tempos de fim e início de exposição de todas as outras linhas.

Se o objeto for uma fonte pontual, podemos saber a sua posição (X,Y) na imagem. Então, podemos usar os tempos de início e fim de exposição desta linha para os tempos de início/fim de exposição do objeto.

Conhecer o tempo de Vsync até ao tempo de fim da primeira linha

Como o sensor CMOS não emite o tempo de fim de exposição de certas linhas, como o tempo de fim de exposição da linha 0. Além disso, como precisamos de usar a posição (X,Y) para calcular o objeto, precisamos de conhecer a relação entre a linha na imagem e o tempo de exposição. Por exemplo, a linha 0 na imagem pode não ser a linha 0 na fig. 1,2,3. Porque o sensor tem linhas pretas ópticas.

Para medir o sinal VSYNC até ao fim do tempo de exposição da linha 0 na imagem, precisamos de usar o método de calibração LED.

Usamos o método LED para testar a temporização e descobrimos que a câmara expõe duas linhas em conjunto. E para a resolução predefinida ao capturar com SharpCAP, USB_TRAFFIC=0. A linha 1 e a linha 2 terminam a exposição em HSYNC=46. E a posição até à borda descendente de hync é 21.52 µs. Assim, podemos saber:

T (exposição final, linha1&2) = posição GPS + 46 * Período de linha + 21.52 µs.

No modo ROI, é melhor refazer a calibração LED para obter um valor preciso. A QHYCCD pode fornecer as ferramentas de calibração LED para calibrá-lo.

Importante: Para o modo 2CMS, a exposição é com uma linha, não com duas linhas juntas. E o “46” e o “21.52µs” não serão iguais.

Perguntas frequentes

(1) Que parâmetro afetará o Período de linha e como saber o Período de linha?

USB_TRAFFIC, a definição 8bit/16bit irá alterá-lo. Pode usar um osciloscópio para medir o sinal HSYNC e conhecer o período de linha. No SDK QHYCCD existe uma API que também o pode devolver. Mas é melhor usar o osciloscópio para verificação dupla.

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)Qual parâmetro irá afetar o “46” no texto acima?

O ROI, LiveFrame/SingleFrame, 2CMS/non 2CMS irão afetá-lo. É melhor usar o método de calibração LED para testá-lo e confirmar o timing detalhado.