[发明专利]用于红外图像重构的压电陶瓷控制方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于微扫描控制技术，涉及一种用于红外图像重构的压电陶瓷控制方法及其装置，涉及压电陶瓷、驱动电路、信号处理电路以及探测器整个系统工作设计。

背景技术

近年来，利用光学微扫描和数字图像处理的亚像元成像技术发展迅速，由于有限的焦平面阵列等因素影响，红外热成像系统的空间分辨率较低。理论上，微扫描能有效提高空间分辨率，然而光学系统不易精确控制，导致重建图像模糊^[1]。针对此问题，本发明采用一种基于压电陶瓷扫描器的X-Y二维微米级驱动光学镜头运动方法，每4帧画面完成一次图像重构，该控制方法有效地实现了亚像元成像，在提高空间分辨率的同时，抑制了图像模糊。该控制技术适合在较低档次的探测器上，以低成本实现高分辨率的成像。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于红外图像重构的压电陶瓷控制方法，解决压电陶瓷激励驱动器在快速扫描时图像发生模糊，成像质量下降的问题。

技术方案

一种用于红外图像重构的压电陶瓷控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将信号处理模块发出的X、Y轴压电陶瓷运动的指令转换为X、Y轴压电陶瓷运动信号；

步骤2：将X、Y轴压电陶瓷运动信号，进行D/A转换变成模拟信号；

步骤3：将模拟信号进行20倍放大，电压变换为幅值为90V；

步骤4：将步骤3处理的信号输出至压电陶瓷接口电路驱动压电陶瓷，驱动过程如下,收到停止命令后停止运动：

步骤a：在X轴压电陶瓷输入电压，使Y轴压电陶瓷电压输入为零，微扫描装置向X方向移动一个距离，而在Y轴方向不动；

步骤b：X轴保持电压不变，对Y轴施加电压，微扫描装置保持在X某一位置不变，同时向Y方向移动一个规定值；

步骤c：X轴电压降低为低压，而Y轴高压保持不变，微扫描装置在X方向上回归原位，而在Y方向上保持位置不变；

步骤d：X、Y轴电压都降低为低压，使微扫描装置回归到起始位置，然后接收下一个重构指令。

一种实现所述用于红外图像重构的压电陶瓷控制方法的装置，其特征在于包括同步信号接收单元、D/A转换单元、低压高压变换单元、PID控制器、压电陶瓷和位置传感器；同步信号接收单元接收外部电路发送的触发指令信号，其输出连接D/A转换单元，将X、Y轴压电陶瓷运动信号转换变成模拟的X、Y轴压电陶瓷信号；D/A转换单元输出连接低压高压变换单元，将模拟的X、Y轴压电陶瓷信号放大20倍并增为90V电压值；低压高压变换单元的输出与压电陶瓷通过位置传感器的位置实时反馈信号作用，输出至PID控制器，经过PID处理后得到一个位置信号输出至与其连接的压电陶瓷的驱动机构。

所述压电陶瓷选用高压高精度器件，最大位移为25μm。

所述同步信号接收单元采用CPLD EPM7128STI100-10。

所述D/A转换单元采用AD7847D/A转换器。

有益效果

本发明提出的一种用于红外图像重构的压电陶瓷控制方法及其装置，通过光学系统在水平和垂直方向上做亚像素级位移，实现同一场景的多次采样。按工作模式分为：2×2,3×3,4×4等，工作模式又与步长相关。本发明采用2×2扫描方式，步长为1/2焦平面阵列像素间距。微扫描功能的是此案需要使用压电陶瓷驱动机构作为扫描装置，将光学镜组固定在压电陶瓷平台上，驱动光学镜组进行微位移。扫描执行机构在同步于控制电路模块的CPU控制下工作，该电路通过接受外部(信号处理板)的同步信号，执行微扫描，分别输出对应于X、Y轴压电陶瓷运动控制量，并经过后端PID算法处理，驱动光学镜组移动到达精确的位置。试验效果已在实验室得到验证，图像分辨率由原来的320×240提高到640×480。

本发明的优点是：微扫描的理论研究始于上世纪70年代，器件开发始于90年代^[2]。西方国家经过长期研究，目前已经形成了以压电陶瓷驱动和电机驱动的两大产品系列(含英国、日本、加拿大、美国和韩国研制出的实验室产品)，部分已经成功用于在空中或地面武器平台上，国内近年来属北航和昆明物理研究所在这方面有较深入研究，从报道来看，理论研究、试验模拟的文章比较多，实用产品几乎处于空白状态，本发明采用压电陶瓷作为微扫描驱动器，实验室验证该技术能够提供探测器的空间分辨率。

附图说明

图1：本发明装置原理框图

图2：微扫描原理图