автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.18, диссертация на тему:Исследование технологий и разработка компьютерной системы управления оптической печатью сложных комбинированных кинокадров



ОрденаТ^удового Красного Знамени научно-исследовательский кинофотоинстигут НИКФИ

На правах рукописи

УДК 681.322-181.4.004.14:778.588.3 + [778.588.3:778.534.7] : 681.3

Смолянский Лев Романович

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ И РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ПЕЧАТЬЮ СЛОЖНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ КИНОКАДРОВ

Специальность - 05.11.18 - Приборы и метода фото-

и кинематографии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1996

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском кинофотоинституте ДШША/

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Артюшин Л.Ф.

Официальные оппоненты: Действительный член Международной Академии

информатизации /ООН/, доктор технических наук, профессор, Комар В.Г. /НИШИ/. Кандидат технических наук, Барский И.Д. /предприятие "Кинотехника"/.

Ведущая организация: Киностудия "ЬЕЛАРУСЬФМЬМ"

Защита состоится "/€ " ¿¡г/^^у*^ 19 91?г.

в /У часов на заседании диссертационного совета К.035.03.01 в

научно-исследовательском кинофотоинституте по адресу:

125167, Москва, Ленинградский проспект, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИКФИ.

Автореферат разослан .? п^уса^к^я, 1996г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 125167, Москва, Ленинградский пр-кт,47, диссертационный совет при НИКФИ.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник

б^^./Й.В.Алекоеева/

- 3 -

1.0ЫЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. IЛ.Актуальность работы.

В процессе производства фильмов в последние годы значительно возросла необходимость получения сложных комбинированных кинокадров.

Существенный вклад в развитие техники и технологии оптической печати для получения сложных комбинированных кадров внесли Р.Филдинг/США/, М.Савицкий /США/, а также российские исследователи:Л.Г.Голыптейн, А.Ф. Артюшин, О.В.Друцкой, А.В.Нисский, А.А.Хайкевич и др.

При получении комбинированных кинокадров на существующих машинах оптической печати требуется выполнить вручную большое количество рутинных часто повторяющихся операций. Это сдерживает возможность получения повторяемых комбинированных кадров за минимальное время.

Решению проблемы полной автоматизации процессов оптической печати,а также разработке компьютерной системы управления технологиями оптической печати в соответствии с пакетом прикладных программ, посвящена настоящая работа и в этом заключается ее актуальность. 1.2.Цель работы.

Настоящая работа преследует следующие цели:

1.Полная автоматизация процессов получения комбинированных кадров с фильмовых материалов первого плана и фоновых заготовок путем компьютерного управления технологиями оптической печати.

2.Сокращение времени синтеза сложных комбинированных кадров путем одновременной работы нескольких электроприводов исполнительных механизмов по согласованной программе их взаимодействия.

3.Пооперационный контроль за выполнением элементарных операций оптической печати /в случае необходимости - коррекция этих операций/ с выводом всей информации о работе машины на дисплей компьютера.

1.3.Основные положения, выносимые на защиту.

Проведенные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные исследования позволяют вынести на защиту следующие положения:

1.3.1.Метод системного анализа вариантов технологий и компьютерного управления ими для автоматизации процессов оптической печати■сложных комбинированных кинокадров.

1.3.2.Компьютерная система программного управления оптической пе-• чатыо сложных комбинированных кинокадров.

1.3.3.Способ и устройство транспортирования пленки в кинопроекторах и киносъемочном аппарате в синхронно-синфазном режиме.

1.4.Научная новизна.

1.4Л.Предложен принцип системного анализа различных киноприемов, позволяющий получить алгоритмы оптимальной технологии выполнения каж-

дого киноприема, определить количество электроприводов .в машине оптической печати, а также сформулировать требования к режимам их работы, к конфигурации системы управления в целом, и к ее интерфейсу.

1.4.2.Разработан унифицированный электропривод пригодный как для транспортирования пленки, так и для перемещения механизмов.

1.4.3.Исследован и разработан метод одновременного выполнения нескольких элементарных операций, позволяющий сократись время синтеза ком бинированного кадра до минимально возможного интервала времени /в предельном случае - до времени одного цикла киносъемочного аппарата/.

1.4.4.Разработана специализированная компьютерная система, обеспечивающая оптическую печать стандартных и вновь созданных технологий в автоматическом режиме с одновременным отслеживанием и коррекцией выпол няемых операций /пооперационный контроль/.

1.5.Практическая ценность работы.

1.5.1.На основании системного анализа и идей, предложенных в диссер тационной работе, по заказу киностудии "Беларусьйидьм" разработана ком пьютерная система управления печатью сложных комбинированных кадров, позволяющая все операции печати /за исключением зарядки пленки в кино-пректоры и киносъемочный аппарат/ выполнять автоматически по любой из технологий, содержащихся в пакете прикладных программ.

Оператору при работе с программным пакетом необходимо только выбрат киноприем /или комбинацию из нескольких киноприемов/ и ввести в компьк тер индивидуальные параметры процесса. На все вводимые параметры следуют запросы и помощь, выводимые на дисплей компьютера.

Кроме того оператор может создать собственный киноприем, укзав выбранную им последовательность элементарных операций оптической печати. Вновь созданные киноприемы дополнят стандартный набор, что обогатит машину по мере ее эксплуатации новыми возможностями синтеза сложных комбинированных кинокадров.

Вся работа с программным пакетом, в том числе и при создании новых киноприемов, не требует от оператора квалификации программиста.

1.5.2.Компьютерная система управления может служить конструктивной базой для создания универсальной машины получения комбинированных кадров. В этом случае в оптические каналы машины следует включить видеомс ниторы и видеокамеру высокой четкости, подсоединенные к компьютеру.

Такая система может работать в режиме фильм-сканера, фильм-рекордера и машины оптической печати, используя при этом компьютер, как доя управления механизмами, так и для цифрового синтеза изображений.

Это позволит получать комбинированные кадры как методами оптической печати, так и методами цифрового синтеза /за пределами возможностей оп тической печати/.

1.5.3.Система управления печатью сложных комбинированных кадров обдает значительной конкурентной способностью в сравнении с аналогичны-I устройствами, изготавливаемыми зарубежными фирмами.

Учитывая, что зарубежные трюк-машины довольно дорогие /их стоимость 5 менее 500 тыс. долларов и определяется количеством приспособлений в мплекте/ в случае проведения соответствующей рекламы и маркетинга во-ложен весьма прибыльный экспорт отечественных трюк-машин за рубеж.

1.5.4.Системный анализ и идеология, развитые в работе, могут приме-иься при создании компьютерных систем управления другими видами кино-5орудования: мультстанки, монтажные столы, кинокопировальные аппараты, ран-стрелки с возможностью управления камерой в движении и др.

.6.Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались на Московской го-эдской конференции научно-технического творчества молодежи /1987г./, 1 конференции молодых ученых и специалистов НИКФИ /1989г./.

Практические результаты работы демонстрировались на выставке "Опти-1-90", на выставке "Кинофототехника-92". .7. Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ. .СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Диссертационная работа содержит введение, четыре главы, заключитель ае выводы по работе, библиографию литературы.

.Г.Во введении обосновывается актуальность темы, указаны цели исследо-ания, научная новизна и практическая ценность работы, сформулированы сновные положения, выносимые на защиту.

.2.Первая глава - "Обзор современных методов и оборудования для опти-еской печати сложных комбинированных кадров". В этой главе проводится нализ достижений в области получения комбинированных кадров, имеющих есто в мировой науке и практике. Прослежена динамика совершенствования эшин оптической печати, которая подтверждает актуальность работы.

2.2.1.Проведен сравнительный анализ различных методов получения омбинированных кадров. Установлено, что развитие техники синтеза номинированных кадров происходит по двум независимым направлениям:

I.Оптическая печать сложных комбинированных кадров с использовани-м пленочных технологий и традиционных машин оптической печати.

2.Цифровой синтез комбинированных кадров, состоящий из преобразо-ания исходных кадров в цифровую форму, ввод их в компьютер, проведение ифрового' синтеза с помощью специальных программ и затем - вывод изоб-эжения и пересъемка его на кинопленку.

Недостаток цифрового синтеза - меньшая разрешающая способность и ольшее время синтеза кадра. Достоинство - возможность получения более

- 6 -

сложных комбинированных кадров.

Оба эти направления развивается параллельно. Область применения оп тической печати - комбинированные кадры для кино. Область применения цифрового синтеза - комбинированные кадры для вигео- и телефильмов, а также кадры для кино, если по сюжету допускается их пониженная разреша ющая способность.

2.2.2.Проведен сравнительный анализ машин оптической печати, изготавливаемых зарубежными фирмами:0ксберри /США/.Голливуд Филм Компани, "Акмэ" /США/,Ресеч Продакс/США/,Босс Филм Корпорейшн /СИ1А/,Бэлл энд Хс уэл/США/,Нэлсон Хордэл /Англия/, Сеики/Япония/.

Результаты анализа в сравнении с результатами настоящей диссертаци онной работы приводятся в таблице I. Из таблицы следует, что зарубежнь фирмы достигли определенных успехов в автоматизации отдельных процвссс оптической печати. Однако проблема полной автоматизации, т.е. создания такой машины, в которой все технологии оптической печати выполнялись бы автоматически по сигналам персонального компьютера, до настоящего времени не решена.

2.2.3.Системы управления машин оптической печати постоянно совершенствуются. Вначале автоматизация осуществлялась с помощью механических и электромеханических устройств. Затем фирмы стали применять ynpai ление на базе цифровых автоматических систем. В настоящее время большинство фирм оснащают свои машины специализированными микропроцессорными системами управления. Так как автоматизация затрагивает лишь отдельные технологические операции оптической печати, небольшого объема памяти микропроцессоров пока хватает для управления процессами печати.

По мере автоматизации операций и увеличения числа контролируемых параметров ожидается отказ от систем управления на микропроцессорах и переход на системы управления на базе персональных компьютеров. Такой шаг уже сделали разработчики фирмы Босс Филм Корпорейшн /США/, снабди! свою машину системой управления на базе персонального компьютера IBM. Эта машина является лучшей среди всех машин оптической печати, однако ряд операций на ней по-прежнему выполняются вручную.

Очевидно, что чисто инженерными решениями, путем замены одной системы управления на другую, более совершенную, невозможно достигнуть полной автоматизации всех технологий оптической печати.

Необходимо изменить идеологию подхода к вопросам автоматизации кой бинированных съемок и найти принципиально иные пути решения этих вопрс сов.

2.2.4.Электроприводы машин оптической печати также постоянно coBej шенствуются.На ранних машинах устанавливались синхронные электродвигатели и механические коробки передач. Затем синхронные электродвигатели

ТЛШЩЛ I. СРАВНЕНИЕ ДОСЖиЕНИЙ ЗАРУБЕЖНЫХ ФИРМ С РЕЗУЛЬТАТА!®

ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Б ОБЛАСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ МАШИ ОПТИЧЕСКОЙ ПЕЧАТИ СЛОЖНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ КАДРОВ.

Параметры сравнения МЛШИШ 0ПТ1-1ЧЕСК0Й ПЕЧАТИ

0х1егг1/ ^¿ЬЦГСК Я 1т Со, Ясте. РгоЛисЬ Ж М1ая4 Л'а/хгл МеИ ЛгягЛ'Л Согр. ,5'е1ки НИКЙЩ

СМ США США США Англ. США Япония Россия

Наличие системы цифрового программного управления + + + + + + + + 1 1

Компьютерная система управления транспортированы ем пленки - - + - . + + + 1 + |

Компьютерная система управления фокусировкой объ-ёктива - + + + + + +

Компьютерная система управления отдельным меха, низмаш перепещ. - + + + - ! г 1 + 1 [

Компьютерная система управления источи, света - - + - - - + 1

Компьютерная система управления углом раскрытия обтиштора - - + - + +

Компьютерная система управления всеми механизмами непсмспснпП - - - - ' - • ' - - 1 - ! 1

1юшло;::иооть одновременной ра-сЗоти приводов - - - - - - - ! +

Наличие и.икета прикл. программ по технология.ч - — - - - - - - + I

Наличие-поопера-■фюнного контроля - - - - - . - - 1 1 + ! *1

Применением нер-сон.кошьпте»а - - - - - + -- 1 . + \

Сумма баллов 1 3 5 I 0 о 4 II 1

ДРШ.Ш^НПЕ: Наличие параметра /"-^'/соответствует I баллу,

отсутствие параметра /"-"/ соответствует 0 баллов.

стали снабжать электронными блоками управления. Это позволило отказать ся от механических коробок'передач, что упростило конструкцию машин оп тической печати и улучшило эксплуатационные показатели.

Однако по мере увеличения количества автоматизированных операций и внедрения компьютерных систем управления большинство фирм перешли на электроприводы на базе мелкошаговых двигателей. Причина - более проста конструкция электропривода и легкость сопряжения с компьютером.

2.2.5. Проведенный обзор, подтверждает актуальность теш диссертационной работы и ставит задачу разработки принципиально новых подходов к вопросам автоматизации машин оптической печати для получения сложных комбинированных кадров.

2.3.Вторая глава - "Разработка метода системного анализа вариантов тех нологий и компьютерного управления ими для автоматизации оптической пе чати сложных комбинированных кадров". По существу эта глава посвящена разработке -нового подхода,"позволяющего'автоматизировать оптимальным образом все технологии оптической печати комбинированных кадров. С помощью системного анализа можно представить любую технологию в виде нес колышх последовательностей элементарных операций и выбрать из них последовательность, наиболее пригодную для автоматизации.

Кроме того системный анализ позволяет сформулировать требования к электроприводам, к характеру их работы, к системе управления в целом, а также -к ее интерфейсу.

2.3.1. В настоящее время существует несколько сотен различных те? нологий оптической печати сложных комбинированных-кадров, причем количество этих технологий с каждым годом увеличивается.

Такая ситуация делает невозможным автоматизацию технологий оптической печати сложных комбинированных кадров традиционными методами, принятыми в машиностроении и робототехнике,- т.к. учет всех возможных технологий и программное обеспечение их выполнения превышают возможное ти современных компьютеров и, кроме' того, приводят к чрезвычайно сложным /если не сказать - невыполнимым/ системам управления.

2.3.2. Однако Р.Фидцингу, профессору Хьюстонского университета, I классической монографии "Техника комбинированных съемок",Нью-Йорк,198Е удалось обобщить технологии оптической печати и показать, что все они могут выполняться с помощью 11-ти стандартных киноприемов: I.Затемнен! 2.Высветление, 3.Наплыв, 4.Статическое вытеснение, 5.Динамическое выт( снение по горизонтали; 6.Динамическое вытеснение по вертикали, 7.Выборочная печать, 8.Многократное экспонирование, 9.Печать с обратным движением, 10.Изменение масштаба изображения внутри плана, II.Изменение масштаба изображения в плане в целом.

При этом простые технологии выполняются с помощью какого-либо од-

ного киноприема, более сложные технологии - комбинацией из нескольких киноприемов.

2.3.3. Анализ каждого из перечисленных киноприемов показывает, что он может выполняться несколькими различными способами. Учет всех возможных вариантов выполнения каждого из киноприемов приводит к прежним трудностям и усложняет систему управления.

По существу требуется разработка некоего системного анализа, позволяющего проанализировать все варианты технологий выполнения каждого киноприема, раздробить эти варианты технологий на элементарные операции и представить их в виде последовательностей элементарных операций; затем выбрать для каждого киноприема единственный вариант технологии, наиболее пригодный для автоматизации и составить для него алгоритм.

2.3.4.Программа достижения этой цели с дальнейшим использованием полученных результатов вплоть до создания компьютерной системы управления изображена на рис.1. Эта программа является ключевой для всей диссертационной работы.

Классификация технологий осуществляется с помощью функциональной модели. В этой модели все возможные варианты технологий выполнения данного киноприема классифицируются по их функциям и изображаются в виде некоторой разветвленной иерархичесой структуры.

Дробление технологий на элементарные операции оптической печати и представление вариантов технологий выполнения киноприема в виде последовательностей элементарных операций осуществляется с помощью структурно-элементной модели, которая строится на базе функциональной модели.

Под элементарной операцией подразумевается операция, выполняемая тем или иным механизмом машны оптической печати. Так как работа любого-механизма-выполняется с помощью конкретного электропривода, по структурно-элементной модели можно сделать вывод о количестве электроприводов для выполнения того или иного варианта технологии реализации кино' приема.

Выбор варианта технологии выполнения данного киноприема, наиболее пригодного для автоматизации, осуществляется с помощью специально разработанных критериев оценки. При этом варианты технологий анализируются по структурно-элементной модели с учетом функциональной модели.

Затем составляется алгоритм работы выбранного варианта технологии выполнения данного киноприема. Учитывая, что управление технологией зводится к управлению электроприводами, алгоритмизация выбранной для автоматизации технологии с применением структурно-элементной и функциональной модели представляется достаточно простой задачей.

Проделав вышеперечисленные операции по всем киноприемам, можно составить сводную матрицу /таблицу/ кинопрнем - элементарные операции и

Рис.1.Метод системного анализа киноприемов и его применение для разработки компьютерной системы управления.

аким образом представить общее количество электроприводов по всем ки-оприекам и их загрузку по всем технологиям.

Такой подход позволяет анализировать не только технологии, но и ре-иглы работы электроприводов и режимы управления ими. Это позволяет уже а этом этапе с помощью системного анализа сформулировать требования к арактеру работы электроприводов, к интеррейсу системы управления, а акже очертить контуры конструктивного оформления системы управления целом.

2.3.5. Ь результате проведения системного анализа из всех 11-ти ки-оприемов к разновидностей технологий их выполнения было выбрано II оп-имальных для автоматизации технологий, каждая из которых представлена

виде последовательности элементарных операций.

В таблице 2 представлена сводная матрица элементарных операций электроприводов/ и степень их загрузки по различным киноприемам. Из .нализа таблицы 2 следует ряд Еажных практических выводов:

Г.^дя полной автоматизации всех технологий оптической печати комби-прованных кадров машина оптической печати должна содержать 20 электро-ркводов.

2.Для облегчения управления эти электроприводы должны быть унифицированы.

3.Для сокращения времени синтеза комбинированного кадра необходимо >беспечить одновременную работу электроприводов транспортирования плен-:и.

1.Остальные 15 электроприводов необходимо разделить на две группы ' по V и 8 электроприводов соответственно в каждой группе/ с возмож-юстьа одновременной работы одного электропривода из каждой группы.

Такой режим работы позволяет сократить время синтеза комбиниро-¡анного кадра для 9 киноприемов из II и, кроме того, устанавливает ре-ошк работы электроприводов, их компоновку в системе управления и ее штерфейсе и тем самым позволяет очертить контуры системы управления 5 целом.

2.3.6.Каждая из 11-ти выбранных технологий содержит четкую после-ювательность и закономерность включения и выключения определенных электроприводов, ответственных за выполнение элементарных операций. )сновываясь на этом были получены алгоритмы выполнения всех киноприе-лов, которые легли в основу пакета прикладных программ.

I.-4. Третья глава - "Разработка унифицированных электроприводов маши-ш оптической печати и метода их одновременной работы". Эта глава по-звящена решению вопросов, постановка которых логически вытекает из материалов предыдущей главы /см.П. 2.3.5./.

2.4.1.Электроприводы, ответственные за выполнение 20-ти элементар-

ТаЕЩЩА 2.СВОДНАЯ МАТРИЦА ЗЛЕЫЕНТАРЛЫХ ОПЕРАЦИЙ /ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ/ И СТЕПЕНЬ ИХ ЗАГРУЗКИ ПО РАЗЛИЧНЫМ КИНОПРИЕМАМ.

Номера стандартных киноприемов "

1 NH Электропривод Ш BZ JS3 .'54 JJ5 $6 F7 ДО №9 МО Ml

С! "Ns. Cfi А 1 Проектор!,пленка + + + + +

2 Проектор2,пленка + + + •f +

Г) О ПроекторЗ,пленка + + + + + + 1 +

4 Дроектор4,пленка + + + + + + ■ь + + +

и кса , пленка + + + + + + + + г + + +

vS 1 <N i киа i, $

2 КПА I.©© +

3 КПА 3, $ +

4 кка з,-*-»- +

и Объектшз Ш1А 3 +

о Осветитель ИМ 3 + +

7 кса +

1 KIL'V 2 f

* ^ « С С 3 KIIA 2 © О +

киа 4 +

4 KIIA 4-*»- +

5 Объектис KIM 4 +

и Осветитель KIIA4 + +

7 Объектив КСА +

8 Сбтюштор КСА + + +

РАСШИФРОВКА ПОмЕРОБ ОСНОВНЫХ КИНОПРИЕШВ: И - затемнение, .'."2 - высветление, $3 - наплыв, Д4 - статическое вытеснение, £5 - динамическое вытеснение по горизонтали, Л?6 - динамическое вытеснение по пертикали, Л?7 - выборочная печать, й8 - многократное экс понирование, .ТФ - печать с обратным движением, №10 - изменение масштаба деталей кадра, ЯП - изменение масштаба кадра в целом.

шх операций должны выполнять две разнородные функции: 5 электроприво-хов обеспечивают транспортирование пленки, а 15 электроприводов реализуют перемещение отдельных узлов и исполнительных механизмов. Эти две задачи в отдельности уже решены.

Так для транспортирования пленки в кинопроекторах и киносъемочном аппарате разработан ряд электроприводов, которые в данном случае неприменимы, т.к. обладают несопрягаемостью с компьютерной системой управления. При их создании такая задача вообще не ставилась.

В машиностроении и робототехнике разработаны и применяются различ-ше электроприводы /часть из которых - с цифровым программным управле-аием/ для перемещения различных механизмов, однако и они не соответствуют поставленным целям, т.к. не приспособлены для транспортирования пленки.

Вместе с тем для упрощения системы управления необходимо иметь унифицированный электропривод, пригодный как для перемещения узлов и исполнительных механизмов, так и для транспортирования пленки.

2.4.2. В решении поставленной задачи определяющим фактором является электродвигатель. Для этих целей были разработаны и сформулированы требования, которым он должен соответствовать: I.Простота электропривода, 2.Простота системы контроля, 3.Соответствие по оборотам, 4,Возможность плавного регулирования оборотов, 5.Возможность фиксации вала без дополнительных элементов, 6.Устойчивость, 7.Простота управления от компьютера, 8.Низкая стоимость.

Определение конкретного типа электродвигателя на соответствие требованиям осуществлялся из следующего набора: коллекторный двигатель постоянного тока, синхронный двигатель, бесколлекторный двигатель постоянного тока, шаговый двигатель /I шаг = 22,5°/, мелкошаговый двигатель /I шаг = 1,8°/.

Системный анализ указанных двигателей на соответствие разработанным критериям, а также дальнейшая экспериментальная проверка показали, что в унифицированном электроприводе должен применяться мелкошаговый двигатель типа ДШИ - 200 - 3.

2.4.3.Унифицированный электропривод, разработанный на базе выбранного двигателя, состоит из формирователя импульсов, электронного коммутатора, мелкошагового двигателя и импульсного датчика, установленного на валу электродвигателя.

При поступлении от- компьютера команды "движение" и "направление" формирователь импульсов вырабатывает фазово-импульсные сигналы, которые через коммутатор поступают к четырем обмоткам двигателя по следующему закону: f^MCDv/)BC5\yÁBCI>vfidC!j) (i)

- 14 -

где А,В,С,Э- обмотки двигателя.

Частота вращения двигателя линейно связана с частотой фазово-им-пульсных сигналов и задается стабилизированной кварцевым генератором частотой, подаваыой на вход формирователя импульсов. При каждом оборот двигателя датчик вырабатывет импульс, который принимается компьютерной системой управления. Этот сигнал служит для отслеживания компьютером за работой электропривода /подсчет количества кадров, величины перемещения механизмов, остановка привода в границе кадра и пр./, а также для пооперационного контроля.

Электроприводы перемещения узлов и механизмов /2-я и 3-я группы табл.2/ дополнительно содержат демультиплексор-распределитель и мульти плексор, служащие соответственно для включения одного из электроприводов каждой группы /если это необходимо при синтезе кадра/, а также для передачи в компьютер информации от работающего двигателя. Эти элемента являются аппаратными средствами управления электродвигателями перемещения механизмов.

Для включения какого-либо электропривода перемещения механизмов помимо команд "движение", "направление", "частота" через мультиплексор распределитель подается кодовая 4-х битовая команда "выбор двигателя", поэтому в отлияие от электроприводов транспортирования пленки закон иг менения фазово-импульсных сигналов для них можно определить следующим? выражениями: ^ = * ЙВС^Мс^) а.8гачОя (Я,а)

Уг = (ЙВСЪ ^//всх Vтеплее¿)0оа^0& (2,6) Ъ =(явб.р уД&сь ^йвеъ) Оеа^йц (г,&)

V Яве5 удвсъ) аазга9 а~х (2, г)

VйВОьуЛ&сЪуЩс^) Оо 'а1а,пг (г,д) Уе -(/?ВСЗ VЙВСЪ VЯвсъУЩСЬ)З^а^ (2,е) У7 = (ДВСЪ V АВЩ V Я ВС Ъ уШсэ) ОоО^, ¿?1 (2, ж) У& =(46СХ> ьДВСЗ vЯBCЪ удвсърод&аг (2,}) где£7„Д/?^- адресные входы электроприводов, по которым поступает код команды "выбор двигателя";

У/'Уд - Закон изменения фазово-импульсных сигналов для электродвигателей М - Я&.

Через мультиплексор,1 установленный на кахдую группу электроприводов, в компьютер передается информация только от работающих электропр] водов перемещения механизмов. Для адресации соответствующего импульсн! го датчика-информатора используются адреса той же команды "выбор двиг; теля". Закон передачи данных в компьютер можно сформулировать в виде следующего выражения:

1) ~(Ъ1 Ос- д1 ач аг) у(Ъл а„ аг ау V а* а1 а<, а^ V (ъ а ¿а,, а}) у

(^вса^гйг) V СдбО.Ога^Оа) у(2)7а„а1ау7}1 (з)

где .Д-Д* - сигналы датчиков электродвигателей;

X) - сигнал на выходе мультиплексного канала, поступающий в компьютер по цепи обратной связи.

Следует отметить, что в отличие от электроприводов транспортирования пленки, где основной отсчитываемый параметр /счет кадров/ ведется по сигналам импульсного датчика, при перемещении механизмов счет рас стояний ведется по импульсам задающей частоты, а по сигналам импульсного датчика осуществляется контроль и коррекция ошибок.

2.4.4. Одновременная работа нескольких электроприводов позволяет сократить время синтеза комбинированного кадра и, следовательно, общее время съемок. Если в комбинированном кадре необходимо последовательно выполнить Л элементарных операций, то одновременная работа Л электроприводов позволяет сократить время синтеза кадра в П. раз.

При одновременной работе 5-ти электроприводов транспортирования пленки /1КСА и 4КПА/ съемка комбинированного кадра должна производиться после завершения его синтеза, т.е. после того, когда закончено транспортирование пленок в проекторах и осуществлена их фиксация в фильмовых каналах.

В работе показано, что это возможно, если времена отработки одного цикла грейферными механизмами одинаковы, а времена окончания циклов работы грейферных механизмов кинопроекторов и киносъемочного аппарата совпадают. Для этого необходимо и достаточно, чтобы валы двигателей кинопроекторов и киносъемочного аппарата вращались с одинаковой скоросты /условие синхронности/, а фазы углов поворотов двигателей совпадали /условие синфазности/.

Условие синхронности выполняется автоматически, т.к. на все1электроприводы подается единая частота импульсов, стабилизированная кварцевым генератором, однозначно определяющая частоту оборотов двигателей.

Условие синфазности может нарушаться в процессе работы /например, при перекосах пленки, при ее перезарядке, при заедании механизмов и пр. Для автоматического восстановления синфазности необходимо остановить синфазно работающие двигатели в точке окончания цикла работы грейфер--ных механизмов и позволить "отставшему" двигателю'догнать их /в пределах одного.кадра/.

Если:* сигналы датчиков -будут поступать в момент окончания 'работы грейферных узлов, то это.требование можно выполнить следующим образом: после получения сигнала с датчика на каждый электропривод должна пос-

тупать команда "стоп"; после того, когда на последний привод поступила эта .команда, необходимо одновременно на все электроприводы подать команду "движение".

В соответствии с алгеброй Булля это положение можно сформулировать следующей системой уравнений:__^

Л = * Яг& Я-А &Що С

Л = г* V Яг ^-УуЪ-ЪЮо (и)

Ъ -Ъ ТуХг-ЪЩо С«,*)

где хт....х5 - сигналы импульсных датчиков электроприводов;

Уг ■ ■ • -/¡Г - сигналы, поступившие на линии "движение" электроприводов сигналы, поступившие на линии "движение" до поступления

сигналов хр..х5.

Для непрерывного отслеживания и автоматического поддержания работы электроприводов транспортирования пленки в синхронно-синфазном режиме был разработан специальный блок синхронизации, в котором с помощью интегральных триггерных схем и логических элементов "И" и "ИЛИ" реализуется выполнение указанных требований.

2.5. Четвертая глава - "Разработка компьютерной системы управления".

Б этой главе описана конструкция системы управления, принцип ее работы, а также те специфические особенности, которые существенно отличают ее от других систем. По существу эта глава является обобщением всех научных и экспериментальных достижений, изложенных в предыдущих -главах.

2.5.1. Исходя из задач, которые решает компьютерная система управления, сформулированы ее основные отличия от существующих систем.

Основным отличием является управление не отдельными выборочными процессами оптической печати /как это имеет место в лучших образцах зарубежных машин/, а управление технологиями оптической печати в целом. Не менее важным является возможность одновременной работы электроприводов, а также наличие разветвленной системы обратных связей, позволяющих осуществлять пооперационный контроль и исправление элементарной операции.

2.5.2. Специфичность компьютерной системы управления печатью комбинированных кадров заключается в том, что эта система должна управлять разнотипными объектами. В машиностроении и робототехнике подобные задачи решаются путем применения разнотипных' интерфейсов и отдельных микрокомпьютеров с последующей передачей информации в центральный компьютер. Такое традиционное решение значительно усложняет систему управления.

3 данном случае задача была упрощена за счет применения унифицированного электропривода и двух типов алгоритмов управления:

1.Алгоритм управления электроприводами транспортирования пленки;'

2.Алгоритм-управления электроприводами перемещения механизмов, -

2.5.3. Проанализированы два основных типа систем управления шаговыми двигателями, которые применяются в машиностроении и робототехнике: разомкнутая /без обратной связи/ и заглрнутая /в компьютер поступает информация о каждом шаге движения от датчика обратной связи/.

Показано, что применение разомкнутой системы при всей ее простоте недопустимо,' т.к." это приводит'к накапливающейся погрешности. Применение традиционной замкнутой системы нежелательно, поскольку такая система требует применения прецизионных датчиков и разработки специальных программных и аппаратных средств для обработки сигналов датчиков, что сопряжено с уменьшением надежности и повышением стоимости систем управления. .

В связи1 с этим разработан способ управления шаговым двигателем, который' сочетает достоинства разомкнутого и замкнутого управления и исключает- их недостатки.1 Он заключается в том, что на валах электродвигателей установлен простейший"йлпуяьсный датчик,- дающий импульс в точке-окончания работы"грейферных механизмов /т.е.' за'один'оборот двигателя и за фактически пройденных им 200 шагов/, благодаря чему можно исправлять накопившуюся погрешность за один оборот двигателя и периодически контролировать и исправлять положение вала.

2.5.4. Такое решение позволило осуществить простейший принцип построения системы обратных связей, которые выполнены по двухконтурной схеме: один контур служит для осуществления управляющих и корректирующих функций, второй - для аварийного останова электродвигателей при обрыве пленки, либо при достижении механизмами перемещения предельно-допустимых положений.

Поступление информации в компьютер от каждого работающего двигателя позволило перейти от выходного контроля /при котором брак виден на уже снятом и проявленном кадре/ к пооперационному /при котором компьютер контролирует и по мере необходимости исправляет весь процесс оптической печати/. Это является важным достижением в области оптической печати, т.к. гарантирует полную повторяемость между пробными и окончательными съемками комбинированных кинокадров.

Стандартное решение такой задачи требует больших аппаратных и программных затрат, т.к. компьютер должен одновременно получать информацию по цепям обратной связи от семи электроприводов и корректировать их работу. Эт^ задачу удалось упростить следующим образом:

1.Учитывая, что электроприводы транспортирования пленки работают скн-хронно-синфазно, бил о предложено синхронизацию выполнить на аппаратном уровне, что позволило для всех приводов транспортирования пленки использовать единую цепь обратной связи, снимая сигнал обратной связи с автомата синхронизации. Этот сигнал одновременно используется для счета кадров, метража пленки /после пересчета компьютером/, а такие для контроля правильности работы самого автомата синхронизации.

2.Учитывая, что в работе модет находиться только один двигатель перемещения из каждой группы механизмов, применение мультиплексного канала передачи позволило использовать один канал обратной связи на каждую из групп перемещения механизмов.

Таким образом учет специфики задачи при разработке системы компьютерного управления, а также применение ряда нестандартных решений позволили при двадцати датчиках обратной связи и семи одновременно работающих электродвигателях ограничиться всего лишь тремя каналами обратной связи, что значительно упростило аппаратную и программную часть системы управления.

2.5.5. На основе вышеизложенных идей и материалов предыдущих глав разработана компьютерная система упразления, блок-схема которой приведена на рис.2.

функционально система управления состоит из следующих частей: компьютерщик/, устройство сопряжения /УС/ и устройство управления, к которому подключены все двадцать шаговых электродвигателей.

Устройство управления содержит формирователь команд /ОК/, блок задающих частот /БЗЧ/, пять электроприводов транспортирования пленки с устройством их синхронизации /Синхр/, два блока электроприводов, включающих пятнадцать шаговых двигателей, скомпонованных в две группы /Тр.2 и Гр.З/ блок защитного отключения /БЗО/ и блок обратной связи /ОС/.

2.5.6. Работа компьютерной системы управления осуществляется следующим образом. Компьютер в соответствии с заложенной в него программой, вызванной оператором, через устройство сопряжения передает на уормирова-тель команд кодовые сигналы. Формирователь команд вырабатывает команды движения и направления на электроприводы и команду выбора на блок задающих частот.

Блок задающих частот способен вырабатывать ряд стандартных частот с кварцевой стабилизацией. 3 соответствии с поступившей командой выбора блок задающих частот передает выбранную частоту на электроприводы. Каждый привод КПА и КСА содержит формирователь импульсов Л?И/ и блок электронных коммутаторов /К/, поэтому при поступлении от формирователя команд сигналов движения, направления и сигнала задающей частоты формиро-

I Группа 2 при&. осп. — —__

I—

| Группа 3 при£одо£ ислолнатепьНб/Х меган1/3£с£__ _

От датчиков

Б3.0.

ЗГ

Рис.2.Блок-схема компьютерной системы управления оптической печатью сложных комбинированных кинокадров.

ватель импульсов вырабатывает фазово-импульсные сигналы, которые через коммутатор поступают на статорные обмотки шаговых двигателей, вызывая их вращение с необходимой частотой.

Приводы механизмов содержат дополнительно демультиплексор-распреде-литель, установленный между формирователем импульсов и электронным коммутатором. По командам компьютера демультиплексор-распределитель включает в работу один двигатель из каждой группы механизмов.

Имеющийся в системе блок обратной связи собирает информацию от импульсных датчиков работающих двигателей и.передает ее в компьютер. Эта информация используется для непрерывного1 отслеживания работоспособности системы, подтверждения правильности отсчета углов поворота и скорости вращения валов двигателей, а также для автоматической коррекции этих величин, благодаря чему осуществляется непрерывный-пооперационный контрол!

2.5.7. Система обеспечивает следующие точности выполнения: перемещений исполнительными механизмами: точность линейных'перемещений механизмов1 вдоль'оптических осей составляет 5 мкм, точность линейных перемещений в плоскости, перпендикулярной оптической оси, а также при фокусировке объективов составляет 0,5 мкм, погрешность вращательных перемещений не превышает 18 угловых секунд.

Высокая точность линейных перемещений в плоскости, перпендикулярной оптической оси, достигается за счет ввода в память компьютера неровностей профиля направляющих реек и коррекция со стороны компьютера положения кинопроекторов при их перемещении вдоль этих реек /оптических осей/. Благодаря этому обеспечивается схождение комбинированного кадра, близкое к идеальному.

2.5.8. Разработана структура программного обеспечения компьютерной системы управления. Программное обеспечение обладает иерархической струк турой, состоящая из блоков программ трех уровней.

Группа программ нижнего уровня обеспечивает управление электроприводами, т.е. элементарными операциями, ответственна за контроль и коррекцию работы электроприводов.

Группа программ среднего уровня содержит библиотеку стандартных киноприемов, рассмотренных в главе 2. Программы среднего уровня осуществляют выполнение оптической печати не на уровне электроприводов, а на уровне киноприемов. В библиотеку программ среднего уровня оператор может ввести программу вновь созданного киноприема, если его по каким-либо причинам не устраивает библиотека стандартных киноприемов.

Группа программ верхнего уровня служит для реализации сложных технологий, представляющих комбинацию из нескольких киноприемов. В этом-случае- составляется план, состоящий из киноприемов среднего уровня /ста»

дартных и вновь созданных/, а при реализации этого плана компьютер в автоматическом режиме осуществляет выполнение киноприемов в соответствии с программами среднего уровня; при этом все электроприводы, требующиеся для выполнения любого из киноприемов и плана, управляются с помощью программ нижнего уровня.

Работа с программными пакетами не требует от оператора знаний и навыков программиста.

2.5.9. Наличие компьютера в системе управления позволяет конструировать машины, которые объединяют, методы оптической печати и цифрового синтеза. Показано, что машины будущего будут представлять собой автоматизированные машины оптической печати, в оптические каналы которых включены видеомониторы и видеокамера высокой., четкости, подсоединенные к компьютеру.

Подобная система может работать в режиме фильм-сканера, ¡ильм-рекордера и машины оптической печати, используя при этом компьютер как для.управления механизмами, так и для цифрового синтеза изображений. Это позволяет значительно расширить ассортимент специальных эффектов: совмещение кино- и видеокадров, совмещение с комбинированным кадром компьютерной графики, впечатывание титров, синтезированных на экране компьютера и пр.

Кроме того наличие компьютера открывает другие возможности: увеличение количества управляемых механизмов, увеличение различных сервисных функций, например, экспонометрический контроль комбинированных кадров в процессе печати и пр.

3.ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.

3.1.Проведен сопоставительный анализ научных и технических достижений в области систем управления машинами оптической печати 'сложных комбинированных кадров.

Показано, что зарубежные фирмы ограничились автоматизацией лишь отдельных технологических операций оптической печати комбинированных кинокадров.

При всей актуальности задачи автоматизации процессов получения комбинированных кадров такая ситуация объясняется многообразием технологий оптической печати, которые невозможно автоматизировать традиционными инженерными методами, т.к. учет всех существующих технологий /и процесса их непрерывного возрастания/, а также программное обеспечение их выполнения превышают возможности современных компьютеров и приводят к чрезвычайно сложным /если не сказать - невыполнимым/ системам управ^ ления.;

Основополагающей идеей настоящей работы является представление о том', что все' технологические процессы /которые уже тлеются, а также

те, которые будут созданы в будущем/ могут быть заданы общи.: набором /базой / элементарных операции, а выполнение конкретной технологии получения комбинированных кадров сводится к выполнению элементарных оп раций из указанной базы в определенной последовательности, которую мок но выразить в виде алгоритма.

Настоящая работа, посвящена реализации этой идеи.

3.2. _Проведен обзор существующих технологий оптической печати для получения сложных комбинированных кинокадров.

Показано, что существует несколько сотен различных технологий синтеза комбинированных кадров. Все эти технологии можно осуществить путем применения одиннадцати стандартных киноприемов. В общем случае любая технология синтеза комбинированных кадров является комбинацией нескольких киноприемов.

3.3. Проведен анализ возможных вариантов технологий выполнения как-дого из одиннадцати киноприемов.

Показано, что каждый киноприем может быть выполнен несколькими ва-рианташ различных последовательностей элементарных операций. Несмотря на ограниченное число киноприемов, выполнение кх всеми возможными последовательностями элементарных операция является явно избыточным и по-прежнему приводит к значительным усложнениям системы управления.

3.4. Разработан системный анализ, являющиеся по существу способом исследования вариантов выполнения киноприемов. О его помощью получены алгоритмы оптимальных технологий выполнения каждого киноприегла, определено минимальное количество электроприводов в машине оптической печати /20 единиц/, а также сформулированы требования к режимам их работы, к конфигурации системы управления в целом,к ее интерфейсу.

3.5. Проведен сопоставительный анализ существующих типов электродвигателей, применяемых в кинотехническом оборудовании.•

Установлено, что для решения поставленной задачи нет необходимости применения разнотипных двигателей. Ьо всех электроприводах целесообразно использовать мелкошаговый двигатель типа ДШ - 200.

3.6. На основе выбранного типа электродвигателя разработан унифицированный электропривод, предназначенный как для транспортирования пленки, так и для перемещения исполнительных механизмов машины.-

3.7.Проведен анализ целесообразности одновременной работы электроприводов машины оптической печати.

Показано, что для уменьшения времени синтеза комбинированного кадра требуется одновременная работа семи электроприводов: пяти электроприводов транспортирования пленки /в 4-х кинопроекторах и киносъемочном аппарате/ и одного из электроприводов каждой группы механизмов.

3.8.Исследована специфике одновременной работы электроприводов транспортирования пленки в кинопроекторах и киносъемочном аппарате.

Установлено, что для этих целей необходимо и достаточно, чтобы валы электродвигателей кинопроекторов и киносъемочного аппарата вращались синхронно, а углы поворотов валов двигателей были синфазными.

Разработаны способ и устройство, автоматически поддерживающие режим синхронно-синфазной работы при попытке выхода из него одного или нескольких электроприводов транспортирования пленки.

3.9.Применение унифицированного электропривода позволило осуществить управление разнотипным объектами /транспортирование пленки, перемещение механизмов/ путем применения двух разработанных различных алгоритмов управления электроприводами этих объектов, что значительно упростило систему управления.

ЗЛО.Проанализированы два типа систем управления шаговыми двигателями, применяемых в машиностроении и робототехнике: разомкнутая и замкнутая

Показано, что применение разомкнутой системы приводит к накоплению погрешности, а применение замкнутой системы сопряжено с необходимостью применения дорогостоящих прецизионных датчиков обратной связи, а такие разработки специальных аппаратных и программных средств для обработки сигнала обратно:! связи.

для упрощения системы управления предложен способ управления шаговыми двигателями, который сочетает в себе достоинства замкнутой и разом кнутей системы с исключением их недостатков.

3.11.Разработан комплекс мер, значительно упрощающий систему обратных связей. Он состоит в том, что выполнение режима синхронно-синфазной работы электроприводов транспортирования пленки осуществляется на аппаратном уровне с использованием для этих целей единой цепи обратной связи, а также в прямейении специально разработанного мультиплексного канала передачи данных от каждой группы электродвигателей механизмов.

Благодаря этим решениям стало возможным при двадцати датчиках обратной связи и семи одновременно работающих электродвигателях ограничиться всего лишь тремя каналами обратной связи.

3.12. Разработана специальная система управления оптической печатью комбинированных кадров, в которую вошли все нестандартные упрощающие ее решения.

Система управления состоит из персонального компьютера 1ВМ-РС/АТ-386 со специальным устройством сопряжения, формирователя команд, блока задающих частот, электроприводов транспортирования пленки в четырех кинопроекторах и киносъемочном аппарате с устройством их синхронизации,

двух блоков перемещения механизмов, блока обратной связи и блока защитного отключения.

3.13.Наличие в системе управления цепей обратной связи, по которым в компьютер поступает информация о каждом работающем двигателе,позволило перейти, от выходного- контроля /при котором брак виден- на уже отснятом и. проявленном кадре/к пооперационному /при котором компьютер контролирует и по мере 'необходимости исправляет процесс оптической печати/. Наличие пооперационного контроля является важным достижением в области оптической печати.

3.14.Проведен сопоставительный анализ двух методов получения сложных комбинированных кадров: метод цифрового синтеза и метод оптической печати. .

Показано, что метод цифрового синтеза является дорогостоящей и затратной во временя технологией по сравнению с методами оптической печати. Вместе с тем путем цифрового синтеза можно получать комбинированные кадры, выходящие за пределы возможностей оптической печати.

Сформулированы конструктивные особенности машин будущего для получения сложных комбинированных кадров, которые сочетают в себе все лучшие возможности оптической печати и цифрового синтеза.

4.ЛИТЕРАТУРА.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

Болкострелов Е.А. .Смолянский Ii.Р. .Попов A.C. .Резниченко Т.В. Дайке-вич A.A. .Комплекс технологического оборудования для цехов комбинированных съемок с компьютерной системой управления /УМС/,Труда НИКФИ "Кинофототехника",вып.jö-4, 1992г. , стр.40-50.

и Смолянский ji.р. .Обзор достижений в мировой науке и практике по конструированию машин оптической печати сложных комбинированных кадров "Метода совершенствования технологии кинематографии с применением вычислительной техники".Сборник научных трудов научно-исследовательского кинофотоинститута" .¡"осква, 1996г.,стр.5-20.

Гз.I Артюшин Л.*..Смолянский Л.Р..Системный подход и его применение при L J конструировании полностью автоматизированных машин оптической печати сложных комбинированных кадров,"Методы совершенствования технологии кинематографии с применением вычислительной техники",Сборник научных трудов научно-исследовательского кинофотоинститута",Москва, 1996г.,стр.33-53.

Смолянский Л.Р..Унифицированный электропривод для автоматизированных машин оптической печати комбинированных кинокадров,Рук.деп.6 сент.1996г..И46-КТ96,Принята к публикации в журнале "Техника кино и телевидения",№3.1997г.

Смолянский Л.Р..Исследование возможности одновременной работы киносъемочного аппарата и нескольких кинопроекторов в полностью автоматизированных машинах оптической печати,"Методы совершенствования технологии кинематографии с применением вычислительной техники", Сборник научных трудов научно-исследовательского кинофотоинститута Москва, 1996г., стр.24-32.

[6.1 АртюшинЛ.Ф. .Смолянский Л.Р. .Цифровой синтез и оптическая печать L J -сложных комбинированных кадров¡проблемы и перспективы,Рук. деп.6 сент.1996г..ÄI45-KT96,принята к публикации в журн."Техника кино и

[4-]

[5.]

телевидения'' ,й2,1997г