[發明專利]基于壓電驅動的微掃描超分辨率控制系統及方法

有效

• 申請號: 201811547823.0
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN111338387B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 黎鴻;孟森;楊丹丹;李丹;李馮帆
• 申請（專利權）人: 上海乂義實業有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 上海諾衣知識產權代理事務所(普通合伙) 31298
• 代理人: 衣然

1.基于壓電驅動的微掃描超分辨率控制系統，包括光學系統(1)、安裝有光學系統中某一片特定透鏡/反射鏡(11)的二維壓電高速高精度微掃描平臺(2)、小型化高頻控制器(3)以及圖像算法處理器(4)，其特征在于，所述二維壓電高速高精度微掃描平臺(2)是基于壓電驅動的二維水平位移或兩軸旋轉機構，其與特定透鏡/反射鏡(11)物理連接，光學系統(1)射出的光線進行處理使之在探測器(6)上成像，探測器(6)獲得的原始數據圖像數據傳入圖像算法處理器(4)進行超分辨率圖像重建，圖像算法處理器(4)連接顯示器(7)并進行超分辨圖像數據輸出，所述二維壓電高速高精度微掃描平臺(2)與小型化高頻控制器(3)進行控制數據傳遞，小型化高頻控制器(3)與上位機(8)進行控制數據傳遞；

所述二維壓電高速高精度微掃描平臺(2)內置有壓電運動機構(21)并集成溫度傳感器(22)，其中，

壓電運動機構(21)使特定透鏡/反射鏡(11)位置發生微小位移或者角度發生微小偏轉，使得光軸在探測器(6)焦平面位置產生亞像素級的微位移；

溫度傳感器(22)可實時監測二維壓電高速高精度微掃描平臺(2)的溫度；

所述小型化高頻控制器(3)由數字信號處理模塊(31)、電壓放大模塊(32)和標定參數存儲模塊(33)組成，其中，數字信號處理模塊(31)內含有同步觸發模塊(311)、預整形模塊(312)以及溫度補償模塊(313)，其中，

同步觸發模塊(311)接收上位機(8)發出的掃描模式命令，觸發信號，并將命令波形信號傳入預整形模塊(312)，預整形模塊(312)向電壓放大模塊(32)發送預整形及修正后波形命令信號；

電壓放大模塊(32)將低壓輸入電壓放大至高壓驅動電壓用以驅動壓電運動機構(21)；

溫度補償模塊(313)接收來自溫度傳感器(22)的探測溫度信號，向預整形模塊(312)發送電壓修正參數，并與標定參數存儲模塊(33)進行溫度/補償參數傳遞；

標定參數存儲模塊(33)用于存儲實驗獲取的二維壓電高速高精度微掃描平臺(2)隨溫度變化的位移量參數。

2.利用權利要求1所述系統的基于壓電驅動的微掃描超分辨率控制方法，其特征在于，包括如下控制步驟：

S1：外部觸發脈沖信號觸發，數字信號處理系統讀取外部觸發信號并結合已存儲的掃描模式與掃描間隔時間參數生成微掃描命令信號波形；

S2：溫度傳感器(22)實時將溫度信息轉換成電壓信號，電壓-溫度轉換模塊將獲得的電壓信號轉換成溫度信息，并與溫度標定參數相匹配，獲得溫度修正系數，對微掃描命令信號的電壓幅值進行修正；

S3：修正后的微掃命令信號通過預整形，將突變的階躍信號平滑處理，生成預整形的命令波形；

S4：電壓放大模塊(32)將預整形后的命令波形進行放大，直接驅動壓電運動機構(21)的運動；

S5：壓電運動機構(21)運動到位后，相機開始曝光；

S6：波形周期循環，從而獲取低分辨原始圖像序列；

S7：將低分辨原始圖像序列進行圖像重建，獲取高分辨率圖像。

3.根據權利要求2所述的基于壓電驅動的微掃描超分辨率控制方法，其特征在于，S2的溫度標定的步驟為：采用高低溫箱、電容傳感器作為測量設備，數據采集卡作為數據采集設備，通過上位機(8)發送命令，獲得不同溫度下壓電運動機構(21)達到指定位置所需小型化高頻控制器(3)實際生成命令波形的電壓幅值。

4.根據權利要求3所述的基于壓電驅動的微掃描超分辨率控制方法，其特征在于，將二維壓電高速高精度微掃描平臺(2)與小型化高頻控制器(3)同時放置于高低溫箱中，設定溫度值，對于每個測試點，測量必須在至少在一小時穩定狀態下進行，以確保二維壓電高速高精度微掃描平臺(2)溫度適當穩定，設置上位機發送一個2Hz頻率的正弦信號給二維壓電高速高精度微掃描平臺(2)，根據電容傳感器的反饋調節上位機的電壓命令直到壓電運動機構(21)到達指定位置。