GPSBOX

QHY-GPSBOX 是一款緊湊型相機配件，提供高精度的 GPS 硬體時間尺度，讓部分 QHYCCD 相機能夠取得相機曝光時間的準確時間資訊。此外，此資訊會在單一幀影像開始後，內部回傳至相機並加入影像資料中。因此，GPS 時間資訊與影像資訊完全一致。不會因傳輸、緩衝或其他原因而產生混淆。使用與讀取都非常方便。

QHY-GPSBOX 內建 GNSS 模組，目前可提供純 GPS 操作以及 GPS/北斗雙模操作。後者可透過軟體設定為 GPS 模式或北斗模式。GPSBOX 亦包含一個本地 10 MHz 電壓控制晶體振盪器（VCXO），提供內部 0.1 微秒解析度的計時時鐘。同時，計時時鐘會由 GNSS 模組的 PPS 模型重設。因此，時鐘與 GNSS 系統的秒起始時間嚴格對齊，誤差範圍在 20 奈秒至 100 奈秒之間。

QHY-GPSBOX 與相機透過 6 針航空接頭連接。包含以下訊號：

請注意，在選擇相機時，您必須指定具有GPS插槽的特殊版本。標準版本使用的插槽是5芯航空插槽。當相機工作時，每個幀都會產生電子快門測量波形。波形輸出到GPSBOX。GPSBOX進行高精度時間測量後，輸出串列標頭資料並將其發送回相機。相機在每個幀的幀標頭之後記錄這些資料（替換前幾行中的一些像素值）

QHYGPS具有完善的容錯機制。它可以處理PPS訊號遺失的情況。如果PPS訊號遺失，在50.0us之後，將使用內部秒步。並且此資訊將被記錄。對於沒有PPS訊號的計時資訊，每秒將產生50us的累積計時誤差。當PPS訊號恢復時，將再次使用PPS訊號來重置內部計時器。因此，它在恢復後具有GPS計時精度，並且不會累積先前的錯誤。

QHYGPS 每秒也會輸出內部 10MHz 時鐘的 GPS 測量值。此測量值可用於日後在軟體中精確校準內部 10MHz 晶體振盪器的頻率，以避免內部 10MHz 晶體振盪器誤差和溫度漂移。

目前僅以下型號配備支援 GPSBOX 的 6 針航空插頭（無需進一步修改）。

QHY600 Pro

QHY268Pro

QHY4040

QHY4040Pro

QHY6060

QHY42Pro

QHY411

QHY461

其他型號沒有 6 針腳插頭，但可修改以相容於 QHY-GPSBOX。如有此類需求，請聯絡 QHYCCD。

GPXBOX-QHY600Pro 高精度時間測量

QHY600 專業版配備 5 針/ 6 針 GPIO 插座。可輸出 Vsync、Hsync 訊號進行測量。它可直接連接 QHY-GPSBOX 進行即時時間測試，並將測量資訊編碼至影像中。

本文件將介紹如何取得其精確的時間測量。

由於 QHY600 CMOS 感測器的滾動快門，相機無法輸出指示全域曝光開始和結束的訊號。用於測量的訊號是 Vsync。Vsync 大約是一個畫面開始讀取的時間。因此它非常接近第 0 列的曝光結束時間。Vsync 的脈衝寬度約為 0.4 微秒。

滾動快門時序

對於滾動快門，曝光是以列為基礎的。一般來說，曝光結束發生在某一列開始讀取的時候。而曝光的開始則由暫存器控制，單位為列週期。

曝光時間 = n * 列週期

如果我們知道列 0 的曝光結束時間，我們就知道曝光開始時間為

列 0 的曝光開始時間 = 列 0 的曝光結束時間 – 曝光時間 0

而且我們可以得知其他列的曝光開始和結束時間：

列 1 的曝光開始時間 = 列 0 的曝光開始時間 + 列週期

曝光開始時間 列 2 = 曝光開始時間 列 0 + 2 * 列週期

……

曝光結束時間 列 1 = 曝光結束時間 列 0 + 列週期

曝光結束時間 列 2 = 曝光結束時間 列 0 + 2 * 列週期

……

圖 1 曝光時間為一個列週期時的時序圖（短曝光模式）

圖 2 曝光時間為兩個列週期時的時序圖（短曝光模式）

fig.3 長時間曝光模式下的時序圖。長時間曝光是透過增加兩個 vsync 之間的 hsync 數量來實現。因此，曝光時間 = 幀週期。

為了精確測量時間。一旦我們獲得第 0 列的曝光結束時間，我們就可以獲得所有其他列的曝光結束時間和開始時間。

如果物體是點光源，我們可以知道它在影像中的位置 (X,Y)。然後，我們可以使用該列的曝光開始和結束時間來作為物體的曝光開始/結束時間。

了解從 Vsync 時間到第一列結束時間的時間

由於 CMOS 感測器不會輸出某些列的結束曝光時間，例如列 0 的結束曝光時間。此外，由於我們需要使用 (X,Y) 位置來計算物體，我們需要知道影像上的列與曝光時間之間的關係。例如，影像上的列 0 可能不是圖 1,2,3 中的列 0。因為感測器具有光學黑色列。

為了量測 VSYNC 訊號到影像中列 0 的結束曝光時間，我們需要使用 LED 校正方法來進行。

我們使用 LED 方法測試時序，發現相機是兩列一起曝光的。對於使用 SharpCAP 拍攝時的預設解析度，USB_TRAFFIC=0。列 1 和列 2 的曝光在 HSYNC=46 結束。而相對於 hync 下降邊緣的位置為 21.52 微秒。因此我們可以得知：

T（最終曝光，行1&2）= GPS 位置 + 46 * 行週期 + 21.52 微秒。

在 ROI 模式下，最好重新進行 LED 校準以獲得準確數值。QHYCCD 可提供 LED 校準工具進行校準。

重要：對於 2CMS 模式，曝光是單行進行，而非兩行一起。且「46」與「21.52 微秒」將不相同。

常見問題

（1）哪些參數會影響行週期，以及如何得知行週期？

USB_TRAFFIC，8bit/16bit 設定將會改變它。您可以使用示波器測量 HSYNC 訊號以了解線條週期。在 QHYCCD SDK 中有一個 API 也可以回傳它。但最好使用示波器進行雙重確認。

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)哪個參數會影響上述文字中的「46」？

ROI、LiveFrame/SingleFrame、2CMS/non 2CMS 會影響它。最好使用 LED 校正方法進行測試以確認詳細時間。