[发明专利]基于压电驱动的微扫描超分辨率控制系统及方法

说明书

本发明公开了基于压电驱动的微扫描超分辨率控制系统及方法，包括安装有特定透镜或者反射镜的二维压电高速高精度微扫描平台、小型化高频控制器以及图像算法处理器，二维压电高速高精度微扫描平台与光学系统中某一片特定透镜或者反射镜物理连接，探测器获得的原始图像数据传入图像算法处理器，二维压电高速高精度微扫描平台与小型化高频控制器进行控制数据传递，小型化高频控制器与上位机进行控制数据传递。本发明大幅度降低了控制系统设计生产难度，减小了控制系统尺寸，降低了系统成本，同时由于引入了温度补偿技术，从而可以大幅度提高微扫描系统的在大宽温条件下微扫描平台的定位精度，从而充分保证了微扫描超分辨系统的成像质量。

技术领域

本发明涉及光学超分辨技术领域，特别涉及基于压电驱动的微扫描超分辨率控制系统及方法。

背景技术

传统的光学超分辨率系统由于采用闭环控制，需要引入传感器、闭环控制模块，从而使控制系统往往变得复杂，同时由于闭环控制是一个不断修正参数趋近命令参数的过程，因此其响应时间较长，会导致需要降低探测器帧频来匹配微扫器件的到位时间，造成探测器性能的浪费；如果不降低探测器帧频，则在探测器曝光时间时，微扫描透镜会产生震荡或不能完全到位，会导致画面有运动模糊，降低系统的探测能力。压电材料对温度敏感，温度变化会导致其电容、位移量等指标的变化，同时位置传感器本身精度也受温度影响较大，并不能完全消除温度引入的位移的误差，对于一些特殊运用，由于使用温宽高达110℃，传统的闭环控制方法无法保证全温宽使用条件下的定位精度，从而造成超分效果不佳。传统的闭环控制系统相对复杂，无法将系统做得足够紧凑。

发明内容

发明的目的在于提供基于压电驱动的微扫描超分辨率控制系统及方法，本发明大幅度降低了控制系统设计生产难度，减小了控制系统尺寸，降低了系统成本，同时由于引入了温度补偿技术，采用温度传感器标定补偿的方法，补偿了压电材料的温度敏感性，从而可以大幅度提高微扫描系统的在大宽温条件下微扫描平台的定位精度，从而充分保证了微扫描超分辨系统的成像质量。同时又简化了控制系统，从而也可大幅度降低控制系统功耗，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于压电驱动的微扫描超分辨率控制系统，包括光学系统、安装有光学系统中某一片特定透镜或反射镜的二维压电高速高精度微扫描平台、小型化高频控制器以及图像算法处理器，所述二维压电高速高精度微扫描平台是基于压电驱动的二维水平位移或两轴旋转机构，其与特定透镜/反射镜物理连接，光学系统射出的光线进行处理使之在探测器上成像，探测器获得的原始数据图像数据传入图像算法处理器进行超分辨率图像重建，图像算法处理器连接显示器并进行超分辨图像数据输出，所述二维压电高速高精度微扫描平台与小型化高频控制器进行控制数据传递，小型化高频控制器与上位机进行控制数据传递。

进一步地，所述二维压电高速高精度微扫描平台内置有压电运动机构并集成温度传感器，其中，

压电运动机构使特定透镜/反射镜位置发生微小位移或者角度发生微小偏转，使得光轴在探测器焦平面位置产生亚像素级的微位移；

温度传感器可实时监测二维压电高速高精度微扫描平台的温度。

进一步地，所述小型化高频控制器由数字信号处理模块、电压放大模块和标定参数存储模块组成，其中，数字信号处理模块内含有同步触发模块、预整形模块以及温度补偿模块，其中，

同步触发模块接收上位机发出的扫描模式命令，触发信号，并将命令波形信号传入预整形模块，预整形模块向电压放大模块发送发送预整形及修正后波形命令信号；

电压放大模块将低压输入电压放大至高压驱动电压用以驱动压电运动机构；

温度补偿模块接收来自温度传感器的探测温度信号，向预整形模块发送发送电压修正参数，并与标定参数存储模块进行温度/补偿参数传递；

标定参数存储模块用于存储实验获取的高精度微扫描平台随温度变化的位移量参数。