CN110740227B - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

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：

本发明提供一种基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置，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，或只使用具有更多数量LED灯珠的LED灯组，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。

进一步地，本发明的装置在连接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。

进一步地，本发明的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。

进一步地，本发明的装置启动时，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。

进一步地，本发明的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10位二进制数的方式，通过LED灯组的亮灭进行表示；或全部时间信息均由LED灯组显示；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。

进一步地，本发明的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。

进一步地，本发明的秒内绝对时间，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。

进一步地，本发明的该装置还包括按键，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。

本发明提供一种基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步方法，该方法包括以下步骤：

S1、装置初始化：对装置中的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接收机天线进行正确连接；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。第一种显示方式是利用OLED显示屏和LED灯组结合的方式，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；第二种显示方式是只利用LED灯组，用更多数量的LED灯同时显示整秒部分和小数部分。

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。

本发明产生的有益效果是：本发明的基于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：

1.设计了包含一套完整的传感器、数据处理和接口的硬件系统装置，装置集成度高、同步精度高、操作简便，克服了硬件时间同步电路设计困难的问题。

2.采用图形显示的方式为相机类图像传感器融入精确绝对时间，克服了触发时间同步方式对传感器的需具有外部控制接口的限制。

3.使用GNSS时间作为基准时间，GNSS时间的获取使用高精度的GNSS授时接收机芯片，时间基准的精度较高；

4.提出了一种将OLED显示屏与LED灯组结合的时间显示方式，克服了显示屏刷新率不足导致时间显示精度下降的问题。

5.成本较低，无需布置辅助网络或与待同步相机连接，集成度高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例时间同步装置系统的结构示意图。

图2为本发明实施例时间同步方式的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的基于GNSS授时和图像显示信息编码方式的相机时间同步装置，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。

在本发明的另一个具体实施例中：本发明设计了用于硬件时间同步的硬件电路系统，该电路系统的主体为一块包含了本发明所述同步装置所有元器件的电路板，其结构示意图如图1所示，包括：

GNSS授时接收机芯片、微控制器、电源管理芯片；

有源晶振、LED灯组、OLED显示屏、按键、开关；

有源天线SMA座、Mini-USB接口。

所述硬件电路系统中，使用的GNSS授时接收机芯片输出配置为只输出GNSS时间；数据输出方式为异步收发传输器(UART)。

所述硬件电路系统中，使用的微控制器包括但不限于32位微控制器STM32F407-ZGT6。微控制器通过内部USART与GNSS授时接收机芯片连接，获取GNSS定位数据；微控制器通过内部串行外设接口(SPI)与OLED显示屏连接，用于向显示屏发送待显示数据。同时，微控制器通过配置为外部硬件中断的GPIO口，与GNSS授时接收机芯片PPS脉冲输出接口连接，用以获取PPS脉冲信号；微控制器通过配置为外部硬件中断的GPIO口，与按键连接，用以获取按键按下/松开信号；微控制器通过配置为输出的GPIO口，与LED灯组连接，用以控制LED灯组的亮灭。

所述硬件电路系统中，使用的电源管理芯片包括但不限于TPS79633稳压芯片。硬件电路系统供电方式有两种，一是通过Mini-USB接口连接到供电端获取5V直流电源；二是通过连接4.8V锂电池获取4.8V直流电源。获取的直流电源通过电源管理芯片降压到3.3V，同时为装置各单元提供5V/4.8V和3.3V两种电源。

所述硬件电路系统中，LED灯组选用高亮度贴片LED灯珠，LED灯珠间隔为2个器件自身宽度，可以防止光晕对编码识别的影响。

本发明依托上述的时间同步装置，提出了一种相机时间同步方法，具体实现流程如图2所示。

步骤S1，装置初始化。所述上述时间同步装置，GNSS接收天线、电源等进行正确连接。

装置连接妥当后，开启装置开关，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的判断标志是，微控制能够同时获取GNSS定位数据和PPS脉冲信号，且由定位数据提取的GNSS时间在连续3秒内均正常累积。其中，PPS脉冲信号通过微控制器的外部中断口送入，微控制配置相应GPIO口的外部中断服务，触发方式设置为上升沿触发。微控制器的外部中断单元检测到PPS脉冲信号的上升沿后，微控制器进入外部中断服务函数，进行相应任务，具体进行的任务在后续依次介绍。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，GNSS秒内时间的维护。

此外，无论装置是否初始化成功，均可进行装置的设置，可设置的内容包括LED灯组刷新频率，时间显示模式(GNSS时间/UTC时间)，显示屏亮度。

装置初始化成功后，在显示屏上显示相应标识。

步骤S2，GNSS时间的传递。具体实现为：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，此后的微控制器内部时间系统，均在此时间上进行累加。整秒时间的累加，在PPS脉冲引起的外部中断服务中进行，即PPS脉冲作为时间累积加1的标志。由于微控制通过串口接收到GNSS数据具有延迟，一般先获取到该时刻的PPS脉冲信号，后获取到该时刻的GNSS时间数值。在每个整秒内，时间系统的维持依靠微控制器连接的外部晶振产生的脉冲计数值。

步骤S3，为相机生成精确时间戳。在装置初始化成功和完成时间传递后，可以通过按键选择开启同步任务。同步任务的开始时刻并不是按键按下的时刻，而是在该时刻后的下一次PPS脉冲信号到来后，开始进行工作。同步任务的核心是为相机图像打上GNSS时间标记，该过程主要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。

微控制器中的定时器单元，实质是一个计数器，当计数值达到设定阈值后，进入中断服务函数中执行相应任务。定时器的计数频率一般是在微控制器的系统时钟基础上进行预分频，故定时器中断产生频率与预分频值和计数值阈值有关。因定时器的定时功能是以系统时钟为基础，所以其可以实现硬件级的时间精度。装置LED灯组的数量代表二进制数位数，此二进制数值表示LED灯组最大刷新频率。以频率1000Hz为例，则定时器中断频率也为1000Hz，以168MHz主频的微控制器为例，为定时器分配的系统时钟频率为84MHz，可设置定时器分频系数为84，计数阈值为1000，则相应定时器每隔1ms进入中断一次。

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可得到该定时器中断时刻的秒内绝对时间，与系统中一直维护的整秒GNSS时间组合形成了该时刻的绝对时间。

步骤S4，时间戳与图像数据的融合。由上述S3步骤得到了每次定时器中断到来时的绝对时间，需要将此时间与图像数据进行融合，本发明所述的时间同步方法中时间融合的方式是直接在所拍摄的图像中融入拍摄此图像时的绝对时间。由于微控制器计算能力的限制和显示屏刷新率的限制，直接由显示屏显示出当前的绝对时间，会存在时间精度不足的问题。同时，大多数显示屏使用的是逐行扫描显示方式，在相机曝光的时间内，显示内容可能只是整个屏幕范围的很小一部分，会使拍摄到的时间图像不完整造成无法分辨的情况。鉴于上述的问题，本发明提出了一种利用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频率较低的整秒部分，以数字形式显示；LED灯组用于显示绝对时间中的小数部分。其中，LED灯组的刷新所需时间为纳秒级。同时，OLED显示屏可以使用更多数量的LED灯代替，即只使用LED灯组同时完成GNSS时间整秒部分和小数部分的显示。

OLED显示屏显示时间中的整秒部分，主要是通过在每次整秒时间更新后，由微控制器向显示器发送此时的整秒时刻数据实现。由于显示屏刷新方式的限制，显示屏显示内容的刷新需要一定时间，故在每次整秒时间更新的初始时间段，会出现整秒显示内容更新不及时的现象，若此时使用相机进行拍摄，则可能出现图像中的绝对时间比真实绝对时间小1的情况。为避免此现象的发生，本发明所述的时间同步装置，在显示屏旁额外增加了一颗LED灯，用以指示当前显示屏是否处于显示内容更新的阶段。该LED灯在开始显示内容更新前被点亮，在显示内容更新结束后熄灭，由此可以判断是否要在图像中拍摄到的整秒时间基础上加1。

LED灯组用于显示绝对时间中的小数部分，主要过程为：将上述S3步骤提到的用于维护时间小数部分的变量值，转换成二进制数，再转换成格雷码编码的二进制。使用格雷码的优势是，计数值迭代加1时，格雷码中也只有一位发生改变，当相机在曝光时间内，LED灯组刷新，造成了刷新前和刷新后的灯斑重叠，由此产生的时间误差至多为1个LED灯组刷新周期，而正常二进制显示则可能造成远大于1个LED灯组刷新周期的时间误差。二进制数转格雷码的公式为：

N_G＝N₀^(N₀＞＞1)

其中，N₀表示原二进制数，N_G表示格雷码表示的二进制数，＞＞是右移符号，∧是按位异或符号。随后，将此格雷码形式的二进制数，依次按照0代表熄灭，1代表点亮的规则，通过每个LED灯连接的GPIO口控制LED灯组的亮灭，进而实现格雷码形式二进制数的显示。

应当注意的是，本发明所述的LED灯组中LED灯的数量，以10颗作为说明样例，但其数量不限于10颗。明显可知，LED灯组的数量越多，时间精度越高。但考虑到相机曝光时间的因素，一般要求相机曝光时间小于LED灯组刷新周期，避免出现在一个相机曝光周期内，LED灯组刷新多次，造成灯斑混叠的情况，导致解算出的绝对时间有误。

步骤S5，整秒时间的更新。整秒时间的更新，是指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，按照中途GNSS信号的有无，一般分为两种情况。

第一种情况是整个任务进行过程中，GNSS信号都保持稳定有效。此时，在每次真实绝对时间累加更新时，PPS脉冲信号都会到来，由微控制器外部中断接口接入时，会使微控制器进入外部中断服务函数中。在此函数中，主要进行微控制维护的GNSS绝对时间累加1，定时器计数值和秒内时间变量的清零，执行上述步骤S3、S4中在定时器中断中执行的所有任务，以及整秒时间的显示。其中，定时器计数值清零的目的是保证定时器产生的秒内时刻与绝对时间对齐，实现对微控制器晶振的校正。

第二种情况是任务进行过程中途，GNSS信号中断。在定时器进入一秒内中断最大次数，即所设置频率次后，系统开始进入等待状态，等待时间依靠微控制器内部系统时间实时获取。当等待时间超过半个定时器周期后，依然未收到PPS脉冲信号，则认为GNSS信号发生中断。此时，进行上述第一种情况中在外部中断服务函数中的同样任务，额外地，将定时器计数值装载为等待时间相对应的数值。此后，系统进入GNSS信号失效状态，整秒时间累加更新直接在定时器达到最大中断次数时执行。当重新获得连续5次有效GNSS信号后，系统重新回到正常状态模式。

只要GNSS信号正常，则微控制每次通过串口获取到GNSS定位数据后，都会将从此数据中解算出的GNSS时间与当前系统维护的GNSS时间进行比较，若发生不一致的情况，则将当前系统维护的GNSS时间修正为正确GNSS时间。

步骤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，需要使用相机对准同步装置进行拍照，也可以在中途增加几次对准装置拍照，便于验证。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，可以推算期间任意一张图像的绝对时刻。同时可利用中途额外拍摄装置的图像进行时间验证。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

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。

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