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基于二维压电透射式微扫描器的红外超分辨率成像|压电扫描台

在各类成像应用中,一般都需要高分辨率的图像。例如在国防、医疗、科研、军事等各领域中,高分辨率的图像更有助于监控、诊断、研究、侦查等。然而,在各种场合,图像分辨率往往不能满足应用的要求。

因此,为了在目前的探测器上实现高分辨率的成像,超分辨率技术得以出现和发展。超分辨率技术一般分三类,一种是主要考虑多帧亚像素级位移,对模糊因子考虑较少;另一种是对成像中模糊因子进行估计,例如通过多通道盲反卷积;还有一类是两者的相结合。

超分辨率技术在红外成像领域应用非常广泛,一般通过微扫描技术,获取多帧亚像素位移图像,再通过各种超分辨率算法以得到高分辨率的图像。

因此,为了获取高分辨率的图像,多幅具有亚像素级位移图像的获取是其前提条件。而亚像素级位移图像的获取需要通过微扫描来实现。微扫描一般是指对探测器进行的亚像素的微位移调整,从而获取相应亚像素位移的图像序列。

在透射式微扫描器中,微位移的实现可通过芯明天N62.XY20二维压电扫描台来实现,它的内部分为X向运动压电陶瓷和Y向运动压电陶瓷。

芯明天N62.XY20二维压电扫描台

下图中为芯明天二维压电扫描台应用于红外热成像仪。

N62.XY20透射式微扫描器可在X和Y方向上进行顺序微位移,使像点达到半个像素的移动,实现2×2微扫。

透射式微扫描器实现2×2微扫的原理1

 

透射式微扫描器实现2x2微扫的原理2


N62.XY20透射式微扫描器的控制原理
N62.XY20透射式微扫描器的控制原理如下图所示。X向控制信号(模拟或数字)经过微扫驱动电路施加至X向运动压电陶瓷,从而使得微扫器进行X向的微位移,同时,N62.XY20压电扫描台中配有闭环反馈传感器,会将X向运动位置反馈于微扫驱动电路,形成闭环回路控制。Y向同理。该控制过程保证了N62.XY20透射式微扫描器快速、精准的微位移调整,以利于探测器获取多帧亚像素图像。

透射式微扫描器框图

N62.XY20透射式微扫描器驱动方式

下图中,上下左右四处方框代表的是N62.XY20透射式微扫描器两个方向相对应的压电陶瓷,可以看出,它的驱动方式为差分驱动方式,每一方向都需要一个驱动电压范围在0到150V和一个恒定电压+150V。微扫器体在零位置时,需每通道驱动电压在75V(出厂时根据位移所对应的电压确定)位置,当每通道驱动电压高于75V时,微扫器体位置向X1、Y2方向移动,当每通道驱动电压低于75V时,微扫器体位置向X2、Y1方向移动。通过外部0~5V0~10V模拟信号输入(可自由选择),控制微扫器体整个台面进行满行程移动。

N62.XY20透射式微扫描器驱动原理图


N62.XY20透射式微扫描台技术参数

型号:N62.XY20S

运动自由度:X、Y

标称行程范围:±8μm/轴@120V

行程范围:±10μm/轴@150V

传感器类型:SGS

通孔尺寸:Ø26mm

闭/开环分辨率:1/0.5nm

闭环线性度:0.3%F.S

闭环重复定位精度:0.1%F.S

俯仰/偏航/滚动:<10μrad

推/拉力:44/44N

运动方向刚度:2.2N/μm

空载谐振频率:2000Hz

闭/开环空载阶跃:1.5/0.7ms

空载10%行程工作频率:150Hz

承载能力:1kg

静电容量:1.6μF/轴

材质:钢、铝

重量:180g±5%

注:以上参数是采用E00/E01系列压电控制器测得。最大驱动电压可在-20V~150V;对于高可靠的长期使用,建议驱动电压在0~120V。

芯明天具有多种透射式微扫描器,N62.XY20仅为其中一种,以下是芯明天几款透射式微扫器举例。

P12系列压电透射式微扫描
运动自由度:XY或XYZ

行程范围:100μm/轴

中心通孔:φ25或35mm

P16系列压电透射式微扫描器

运动自由度:XY

行程范围:50或100μm/轴

中心通孔:φ20mm

N65系列压电透射式微扫描

运动自由度:XY

行程范围:15μm/轴

中心通孔:25×27.5mm(似椭圆)

 

N12系列压电透射式微扫描
运动自由度:XY或XYZ

行程范围:100μm/轴

中心通孔:45×45mm

XD102系列压电透射式微扫描

运动自由度:XY

行程范围:17μm/轴

中心通孔:φ10mm

 

 

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