[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

权利要求书

1.基于压电驱动的微扫描超分辨率控制系统，包括光学系统(1)、安装有光学系统中某一片特定透镜/反射镜(11)的二维压电高速高精度微扫描平台(2)、小型化高频控制器(3)以及图像算法处理器(4)，其特征在于，所述二维压电高速高精度微扫描平台(2)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(11)物理连接，光学系统(1)射出的光线进行处理使之在探测器(6)上成像，探测器(6)获得的原始数据图像数据传入图像算法处理器(4)进行超分辨率图像重建，图像算法处理器(4)连接显示器(7)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(2)与小型化高频控制器(3)进行控制数据传递，小型化高频控制器(3)与上位机(8)进行控制数据传递；

所述二维压电高速高精度微扫描平台(2)内置有压电运动机构(21)并集成温度传感器(22)，其中，

压电运动机构(21)使特定透镜/反射镜(11)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(6)焦平面位置产生亚像素级的微位移；

温度传感器(22)可实时监测二维压电高速高精度微扫描平台(2)的温度；

所述小型化高频控制器(3)由数字信号处理模块(31)、电压放大模块(32)和标定参数存储模块(33)组成，其中，数字信号处理模块(31)内含有同步触发模块(311)、预整形模块(312)以及温度补偿模块(313)，其中，

同步触发模块(311)接收上位机(8)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(312)，预整形模块(312)向电压放大模块(32)发送预整形及修正后波形命令信号；

电压放大模块(32)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(21)；

温度补偿模块(313)接收来自温度传感器(22)的探测温度信号，向预整形模块(312)发送电压修正参数，并与标定参数存储模块(33)进行温度/补偿参数传递；

标定参数存储模块(33)用于存储实验获取的二维压电高速高精度微扫描平台(2)随温度变化的位移量参数。

2.利用权利要求1所述系统的基于压电驱动的微扫描超分辨率控制方法，其特征在于，包括如下控制步骤：

S1：外部触发脉冲信号触发，数字信号处理系统读取外部触发信号并结合已存储的扫描模式与扫描间隔时间参数生成微扫描命令信号波形；

S2：温度传感器(22)实时将温度信息转换成电压信号，电压-温度转换模块将获得的电压信号转换成温度信息，并与温度标定参数相匹配，获得温度修正系数，对微扫描命令信号的电压幅值进行修正；

S3：修正后的微扫命令信号通过预整形，将突变的阶跃信号平滑处理，生成预整形的命令波形；

S4：电压放大模块(32)将预整形后的命令波形进行放大，直接驱动压电运动机构(21)的运动；

S5：压电运动机构(21)运动到位后，相机开始曝光；

S6：波形周期循环，从而获取低分辨原始图像序列；

S7：将低分辨原始图像序列进行图像重建，获取高分辨率图像。

3.根据权利要求2所述的基于压电驱动的微扫描超分辨率控制方法，其特征在于，S2的温度标定的步骤为：采用高低温箱、电容传感器作为测量设备，数据采集卡作为数据采集设备，通过上位机(8)发送命令，获得不同温度下压电运动机构(21)达到指定位置所需小型化高频控制器(3)实际生成命令波形的电压幅值。

4.根据权利要求3所述的基于压电驱动的微扫描超分辨率控制方法，其特征在于，将二维压电高速高精度微扫描平台(2)与小型化高频控制器(3)同时放置于高低温箱中，设定温度值，对于每个测试点，测量必须在至少在一小时稳定状态下进行，以确保二维压电高速高精度微扫描平台(2)温度适当稳定，设置上位机发送一个2Hz频率的正弦信号给二维压电高速高精度微扫描平台(2)，根据电容传感器的反馈调节上位机的电压命令直到压电运动机构(21)到达指定位置。