[发明专利]基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置及方法

权利要求书

1.一种基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置，其特征在于，该装置包括：GNSS授时接收机芯片、微控制器、电源管理芯片、LED灯组、OLED显示屏和GNSS接收机天线；其中：

GNSS授时接收机芯片、微控制器、电源管理芯片、LED灯组、OLED显示屏集成在电路板上；电路板上配备有GNSS有源天线接口，GNSS授时接收机芯片通过GNSS有源天线接口与GNSS接收机天线连接；

GNSS授时接收机芯片，用于获取GNSS时间作为装置的绝对时间基准；

微控制器，用于使用图形显示的时钟为相机图像进行GNSS时间戳的标记；在图像采集过程开始和结束阶段，或者是在图像采集的全过程中，通过相机拍摄该装置的时钟显示部分，时钟显示部分包括LED灯组和OLED显示屏，将绝对时间信息标记到图像中；在数据处理过程中，通过图像显示信息编码同步方式，解算出当前照片拍摄的GNSS绝对时间，实现对图像数据的时间同步；

电源管理芯片，用于对电源进行电压转换，并对装置供电；

微控制器中图像显示信息编码同步方式的具体实现为：

微控制器在校准后的GNSS时间基准上，以数字形式将GNSS时间整数部分显示在OLED显示屏上，GNSS时间的小数部分，以多位二进制数的方式，通过LED灯组的亮灭进行表示；相机在开始采集和结束采集过程中，通过相机拍摄触发装置，由图像中OLED显示屏内容和LED灯组信息确定采集此副图像的GNSS绝对时间，即获取到开始采集和结束采集时刻的GNSS时间，中间每幅图像时间则可根据此进行推算得出；同时，当LED灯数量大于设定值时，GNSS时间的整数部分能通过LED灯组显示，在这种情况下不使用OLED显示屏；

微控制器中秒内绝对时间，通过微控制器内部定时器单元维持，在接受到GNSS秒脉冲信号后，重置定时器实现时间校准；时间校准在有PPS脉冲信号送入微控制器时都会进行。

2.根据权利要求1所述的基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置，其特征在于，装置在连接GNSS接收机天线和电源后独立工作，待进行时间同步的相机用于拍摄时钟显示部分的图像，相机与装置不连接。

3.根据权利要求1所述的基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置，其特征在于，装置包括两种供电方式：

方式一：通过Mini-USB接口与外部带电设备相连获取5V直流电源；

方式二：通过锂电池接收4.8V直流电源；5V/4.8V直流电源通过电源管理芯片TPS79633降压到3.3V；两种电压电源分别供应不同电压需求的内部芯片。

4.根据权利要求1所述的基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置，其特征在于，装置启动时，通过微控制器进行时间校准与对齐，其方式具体为：

在开启装置后，等待GNSS接收机进入正常工作状态，装置微控制器单元通过GPIO口接收到1Hz的GNSS时间整秒脉冲信号,即PPS脉冲信号，用于校正装置微控制器内部时间系统；通过内置通用同步/异步串行接收/发送器接收GNSS定位数据信息，截取GNSS时间信息用于设置装置微控制器时间基准。

5.根据权利要求1所述的基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置，其特征在于，该装置还包括按键，通过按键和显示屏进行装置配置，设置功能为：LED灯组刷新频率，时间显示模式，显示屏亮度，以及设置开始触发任务和暂停/停止触发任务。

6.一种基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步方法，采用权利要求1所述的基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、装置初始化：开启装置，等待GNSS授时接收机进入正常工作状态；GNSS授时接收机进入正常工作状态后，在下一次PPS脉冲信号到来的中断服务函数中，开启内部定时器，对GNSS秒内时间进行维护；

S2、GNSS时间的传递：微控制器维持的绝对时间系统，包括整秒时间和秒内时间两个部分；通过提取到的GNSS授时接收机进入正常工作状态后的下一次GNSS时间，确定该时刻的GNSS时间整数部分，作为初始GNSS整秒时间；

S3、为相机生成精确时间戳：开启同步任务，通过同步任务为相机图像打上GNSS时间标记，该过程在定时器中断服务函数中实现；微控制器中的定时器单元，用以完成时间戳的生成和LED灯组显示任务；

每次定时器中断到来时的秒内时刻，由一个变量维护，此变量在每次整秒更新时被清零，并在每次定时器中断中累加1；由此变量乘以定时器周期即得到该定时器中断时刻的秒内绝对时间，与装置中一直维护的整秒GNSS时间组合形成了该时刻的绝对时间；

S4、时间戳与图像数据的融合：将绝对时间与图像数据进行融合，利用OLED显示屏和LED灯组结合的显示方式，OLED显示屏用于显示更新绝对时间中的整秒部分，以数字形式显示；LED灯组用于显示绝对时间中的小数部分；

S5、整秒时间的更新：在上一秒绝对时间的基础上，以PPS脉冲信号到来为时间累加标志，对当前绝对时间进行更新；

S6、由图像获取精确时标并完成时间同步：在图像采集任务开始和结束的时，使用相机对准同步装置进行拍照，或在中途增加几次对准装置拍照，在图像采集任务完成后，由获取到的图像，解算出有触发装置的图像中的绝对时间，由开始和结束两个时间点，当图像采集正常的情况下，推算期间任意一张图像的绝对时刻，同时能根据中途额外拍摄装置的图像进行时间验证。