[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

说明书

本发明公开了一种基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置及方法，该装置中：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；能够接收GNSS时间作为装置内部时间基准并实时校准内部时间，对相机等光学图像传感器使用拍摄显示屏和LED灯组编码的方式实现GNSS时间戳标记功能。本发明不对相机做任何硬件连接和软件编程，不需相机具有额外触发控制电路和功能，显示屏与LED灯组编码相结合的方式克服了显示屏刷新率不足导致时间精度下降的问题；本发明与现有技术相比，具有实现简单方便、适用面广、能用于任何相机，具有绝对时间基准、装置集成度高、操作简便、易于推广等优点。

技术领域

本发明涉及同步装置技术领域，尤其涉及一种基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置及方法。

背景技术

多传感器融合技术，是指同时利用多种不同传感器信息，采用一定信息融合方式，将采集的不同类型传感器信号结合后输出相应最优估计结果的技术。多传感器的信息往往具有互补性，能够获得比使用单一传感器更加准确、可靠、鲁棒的结果，在目标检测、定位与导航、自动驾驶等领域有广泛使用。相机(包括平面相机、深度相机以及其它图像传感器)作为多传感器融合技术中一个重要传感器，常常需要与IMU、GNSS等进行信息融合，在融合过程中，由于不同传感器采集方式、频率的不同，图像数据传输到上位机机时往往是不带绝对时间戳信息或携带时间戳不准确，导致其与其他传感器进行数据融合时产生时间的不同步，为数据融合带来误差，甚至会影响系统的正常工作。所以需要为相机采集到的图像打上公共时间标记(常用GNSS绝对时间)，以实现与其他传感器的数据时间同步。

时间同步首先要建立高精度的绝对时间，然后将精确的绝对时间传递到需要授时的业务网络或者设备，最后是调整授时设备的工作时钟，使其与精确绝对时钟同步。目前，常用的多传感器时间同步方式主要有以下几种：基于网络时间协议(NTP)的时间同步方式，是专门为因特网上的分布式设备时间同步而建立的通信协议；基于IEEE1588的精确时钟同步协议(PTP)；基于GNSS授时的时间同步方式；基于节点时间一致的无线传感器网络时间同步协议。以上的时间同步方式中，NTP和PTP协议，一般需要客户端和服务器端能够进行时间交互，然后根据协议对客户端授时，其中，操作较为简单的NTP协议的时间同步精度较低，一般只有10ms；无线传感器网络时间同步协议同步精度可达10us，但需要较长的锁定时间，且综合成本较高。基于GNSS授时系统的时间同步方式，采用专用的硬件系统，时间同步精度可达10ns，但需要设计专用的硬件电路，且要求传感器具有外部信号控制接口。针对某些无法连接网络，且不具备外部信号控制接口的相机，目前并未有较完善的时间同步方案。

北京艾瑞思机器人技术有限公司的彭广平等人提出一种时间同步方法、装置及系统(CN 108923876 A)，该方法通过向待同步传感器发送非实时秒脉冲，并记录发送脉冲时刻对应的时间戳，对待同步传感器进行时间同步。

科大讯飞股份有限公司的江涛等人提出一种时间同步方法和装置(CN109587405A)，该方法利用GNSS信号得到的GNSS时间信息获取绝对时间，利用PPS脉冲控制相机开始曝光采集，记录曝光时刻的时间戳进行精确时间同步。

以上的时间同步方式代表了目前使用硬件系统进行相机时间同步的主要方式，原理是控制相机的启动并获取该时刻的时间戳进行精确时间标记，主要存在以下不足：1)需要相机具有外部控制接口；2)时间戳与图像数据的融合较为复杂；3)相机采集过程被触发信号控制，采集频率可设置的自由度不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中采用硬件系统进行时间同步的方案中，硬件电路的集成问题，以及对于某些独立工作、不带外部控制接口的相机，无法通过控制曝光获取精确时标的缺陷，提供一种高集成度、高可靠性、高精度的基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置及方法，能够满足对上述提到的相机进行精确时戳标记和时间同步的需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：