автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка и исследование автоматического микроденситометра для работы в АСОИЗ

О Ь

, ЛКЛДИ.Ш 11ЛУК СССР ИНСТИТУТ ПР0БЛП.1 ПЕИЩЧИ 1ПВ0ШАЦИИ

На правах рукописи

ГОШКО Владимир Филиппович

УЖ 681.337

РЛЗРЛБ011СЛ И НССЛЁЛОМШЕ ЛЛШШИЧЕСКОП) ШИСРОДЕИСИШ.ШТРЛ ДЛЯ РАБОТЫ В ЛСОИЗ

педяальносгь: 05.13.01 - управление в технических системах

05.11.07 - оптические и опто-электрсшше прибора.

УШТОИЙЕРЛТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1989

rCTSEWi;

adti-ra г ¿полнена в Институте химической (Тазики АН СССР п на

зкй.^'пр тборостроителыюм заводе гал.Дзсргашского.

тдел

эдтацй* руководитель: доктор технических наук 1.1.П.ГРШП1

фкциалыше оппоненты: доктор технических наук

л.п.беИцшш

кандидат технических наук В.Н.КЛШШОВ

едущая организация: Государственный оптический институт ш. С.И. Вавилова

та состоится 19 SO г. 13 час

аседашш специализированного Совета Д.003.29.01 итута проблем передачи деформации Л11 СССР по адресу: 47, Москва, ГСП-4, ул.Ермоловой, 19, зал заседаний.

диссертацией могло ознакомиться в библиотеке Института, втореферат разослал

■■ /г ■

-JULGA . 19 30 Г.

чений секретарь специалпзлровашюго Совета андадат технических наук

С.А.Степанов

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛБОШ

Актуальность проблем. Значительная часть информации об окру-цем мире поступает к человек в виде изображений. Универсаль-способом регистрация изображений является фотография. Харак-юй особенностью полутоновых (шогоградационных) фотоизобрагв-является высокая информащкмшая емкость (десятки килобайт ин-кщии на один квадратный миллиметр). Гезкое увеличение потоков [ершентальной информации, зарегистрировшшой на фотографичео-носигелях (фотопленка, фотопластинка) вызвало необходимость >матизация процесса обработки фотоизображений, под которым поддевается извлечение количественной и качественной инфоркацйа, лшенением современных Э1Н. Развитие техштческих и программных ютв обработки фотоизображений. создало предпосылки появления сных систем - автоматизированных систем обработки изображений )ИЗ).

Функциональные возможности ЛСОИЗ во многом определяются ха-геристиками устройств ввода и вывода фотоизображений для ЭШ. юледние годы, благодаря достижениям в области физики твердого I, электровакуумной техники, точного приборостроения и шшро-:троники, стало возмогшим создание целого рдда устройств ввода-даа фотоизображений, работающих как специальное перяферяйпоо )удование в составе измерительного вычислительного комплекса.

Требования .предъявляемые к устройствам ввода-вывода фотопзо-юний (УВВ ФИ) определяются решаемыми задачами обработки фото-¡ражений. Большое разнообразие решаемых задач диктует раздта-требования к характеристика!.! УВВ ФИ. Поэтоцу очень ваяноЯ и •альной проблемой является создание универсальных УВВ,орзгептя-1нных на решение широкого круга задач. К такого рода устройст-можно отнести автоматические микроденситоыетры (АЦД),работагь на линии с ЭШ.

АДЦ предназначены для измерения оптической плотности почоряе-1} или коэффициента пропускания V в 10"° шли участков : ввода их кодов в ЭШ. Отличительными хароктерзстексет ЛЦД яв-•оя широкий динамический диапазон измерения оптической плотное -до 4-5 Б), высокая точность измерения (0,5 - I шеокоа тройственное разрешение (1-5 гяш). Это позволяет отнести АЦД. оцизионшм УВВ <Ш, которые ориентированы на репенпо вяройого

класса измерительных задач, связанных с извлечением количестве: ной информации об объектах исследования. Однако, относительно низкое быстродействие ЛВД по сравнению с быстродействующими УД отсутствие в их составе средств для отображения и-регистрации изображений сдерживают их применение в АСОИЗ.

Разработка АМД для работы в АСОИЗ требует решения целого ряда теоретических, схемотехнических, метрологических и констр: торских задач. Решение этих задач позволит существенно расширь функциональные возможности АСОИЗ для широкого круга задач обработки изображений.

Цель работы заключается в разработке и исследовании АЦЦ, ориентированного на работу в АСОИЗ, с целью расширения функциональных возможностей АСОИЗ.

Поставленная цель требует решения следующих основных зада1 разработка принципов построения АЦЦ для работы в АСОИЗ; разработка методики оптимизации системы управления АЦЦ; разработка алгоритма оптимального управления АМД,оптимизация системы управления ЛВД;

исследование информационных потоков в системе управления

АМД;

исследование искажений, вносимых ЛГ/Д в считываемую с фотоизображения информацию;

разработка структурной и функциональной схем АЦЦ для работ в АСОИЗ;

разработка метрологического обеспечения АМД; экспериментальное исследование разработанного Л1ДД. При решения доставленных задач использовались теория фотог фяческой структурометрии, теория электрических цепей, теогия пи формации, теория оптимального управления, математический аипаг а преобразования Фурье.

Научная новизна работы заключается в следующем: разработаны критерии оптимизации структурной схемы Л1.Щ,нсз волягащие сочетать как высокую точность измерения параметгоз фот изобраяенпй, так и высокую производительность;

обоснован выбор метода пропедллно-аппаратного управления Л с использованием калача прямого доступа в память ЭВМ.кпу пзнбгь-эффективного с точки зрснпя повиисиия бист1>оде11ств;1я ЩД и г.уо-дуаэдоИ способности ЛСОЦЗ;

подучено внрашше длл Луикцлл передач:! модуляции ЛЦД.поз-лшощее проанализировать преобразование пространственного спект-исходного полутонового фотоизображения при его двскретдзацаа я автоматического ввода в ЭН.1;

разработаны критерия внбора оптпмальних параметров оптичес-й схемы АГ.Щ, обеспечивающие счигиванде пнфорладпя с фотоизобра-Ш1Я с высоким пространственным разрешением;

разработан» структурная я функциональная схема, а также горятм оптимального управления АВД, предназначшшого для работы ЛСОИЗ.

Практическая ценность работч:

разработаны принципы построения структурной схеш АЦЦ.оряен-рованного на использование в составе ЛСОИЗ,а тагаю для репеняя руктурометрических задач;

разработана методика оптимизация систеш управления ЛДД, ализунцей заданный алгоритм управления;

разработан АЦЦ,который мояет попользоваться в качестве унп-рсального УВВ ФИ в АСОИЗ,отличающийся от отечественного я за-бехшх аналогов повшеянш быстродействием и точностью язкере-я параметров ФИ,расширенными Лункционалышмя возможностями вод и вывод черно-белих п цпетпмх полутоновых фотоизображений прозрачной я непрозрачно!! подлодке,с возможностью подключения етного полутонового дисплея для реализации интерактивной обра-тки изображений);

разработан универсальный контроллер для подключения АЦЦ к М с системным интерЛеПсои "ОЕШЛЯ ИСИЛ",которий возволяет прово-ть двухсторонний обмен ппфорлацпе»! как по программному каналу, к и по каналу прямого доступа в пашггь;

разработаны прпнципн применения инкропроцессорннх средств я построения блока управления АЭД;

разработано метрологическое обеспечение Л/.Щ, включаюцее в бя средства метрологической поверкп, методики испытаний п ограммы определения характеристик ЛМД с поноиью ЭШ.

реализация научно-технических [мгзу^ьтатод диссертационной

сайш

Результата вшоднешшх в ллсссргацпонлоН работе псследопанпЛ разработок внедрен» на Изшском приборостроительной заводе .Дзержинского о шкреденентометре ЛЯ!ЫШМ,п гнете ясподьяовапи

в опытно-конструкторских разработках перспективных моделей АЩ Иякроденситоиетр АМД-1БЦМ прошел Государственные испытания, oci в серийном производстве и аттестован на Высшую категорию качес Экономический эффект от внедрения одного комплекта АЩ~ЗБЦМ сс тавял 300 тыс.руб.

Апробация.работы. Основные результаты работы докладывали обсуждались! на ТУ Всесоюзной конференции "Автоматизация научв исследований на основе применении ЭШ"(Новосибирск, 1981 г.), в Всесоюзной конференции "Автоматизированные системы обработки я бражений" (Москва,1931 г.),на Всесоюзной конференция "Оптическ изображение л регистрирующие среда" (Ленинград, 1982 г.), на f союзном научно-техническом совещания "Перспективы развития а с применения шиш- и шшро-ЗШ (СЫ эш)и(Орел, 1982 г,}, на Всесоюзной конференции по проблемам создания современных цветных кинофотоматериалов (Черноголовка, 1987 г.), Отраслевом семинар "Автоматизация оптических приборов" (Ленинград, 1989 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печ них работ, в том числе два авторских свидетельства.

Структура я объем диссертации. Диссертационная работа обг объемом 216 страниц состоит из введе!шя, пяти глав, заключена списка литературы, содержащих 167 страниц основного текста,27 сунков, 10 таблиц, 102 наименования использованной литературы. IIa защиту выносятся следующие. основные научное результат I. АЩ для решения широкого круга задач в АСО'ЛЗ должен ci пться на принципах:

прецизионного скоростного измерения оптической плотности коэффициента пропускания Т в широкой дпнашческом диапазоне основе применения прямоотсчетиоН системы оотомстрпрованил с щ вш преобразованием Г в D , автоматическом переключение« г делов измерения и динамической коррекцией нестабильности;

прецизионного сканирования изображения с изменяемой в Ш{ ких пределах дискретностью шага перемещения при ппроксм дпапа: изменения скорости сканирования на основе пршеиеиад шагового дящего двухкоордпнатиого привода с электронным дробле!ием осп« ного шага{

гибкой интерактивной еллзп с э® с передачей jtFunmx как 1 программному каналу, так и по каналу прямого доступа в вадять; фотометрпроштя черно-Зелих и цветных подтипов«* кзобр;

\й на прозрачной п непрозрачной подлога«;

работы в режимах ввода я вывода отображений,

2. Методика оптимизации структурной схемы сястеш упреаавижя Щ, основанная на многокритериальной (векторной} оптимизация в шах заданных ограничений. С целыз сведения векторного хрлгеркя скалярновд используется комплексный показатель качаотва.позво-гаций довести процесс оптимизации до выбора единственного реие-

[Я.

3. Математические выражения критериев выбора оптимальных па-метров оптической схемы АВД (увеличения осветительной оптики, сличения проекционной оптики, апертуры проекционной оптики, ;ертуры осветительной оптшш), позволпюоде реализовать 'высокое юстранственное разрешение.

4. Методики экспериментального определения метрологических технических характеристик АМД, позволяющие проводить метрологи-окую аттестацию приборов при выпуске из производства и в прочее эксплуатации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен обзор п анализ современных устройств года-вывода (УВВ) фотоизображений (ФИ) лля. ЗШ, работящих в иоматизяровашшх системах обработки изображений CAC0S13).

Анализ работы УВВ ФИ в процессе преобразования ФИ в ЛСШЗ гзволяет выделить в структуре УВВ следующие функциональные систе-i: сканирования, фотометрпровапия, воспроизведения, управления, дробно рассмотрены особенности построения, принципы действия, хннческие характеристики каллой из функциональных спстея УВВ.

Для систематизации многообразия известных УВВ предлкзпа вх асспфпкация. В основу классификации пологены признака,опрвЕЭЛш-:е структуру построения УВЗ.

УВВ по назначению подразделяются на спсцгаллзйросзпшгэ a упг-рсалыше. Анализ требовании,предъявляешх к УВВ d разлачше зачах обработки ФИ показал, что к ушгаерсальнш средства! с каэ-льшой достоверностью могут бить отнесены прецпзкотгне »втеяиа-оказ шкродонептшетри о плоскостной разверткой» lia их оеггепо гут быть поотроены УВВ со следувдгат характерней! ку-етг .атазазез мереиия оптической плотности - 1Ы Б| простропствештоа разрегз-е - I мкщ Погрешность измерения плотности - 0,5 - I &

бистродействяе - до Б'Ю3 пзмерешш/с.

Основные недостатки существующих АЗД - низкое быстродейет по сравнению с другими типами УБЗ, ограниченные функциональные возможности. Кроме того, в серийно выпускаемых АМД отсутствует метрологическое обеспечение. Это сдерживает применение АЦЦ в АСОИЗ.

Проведенный анализ существующих УВВ показал,что в настояц время в отечественной практике отсутствуют универсальные УВВ д прецизионного ввода-вывода полутоновых ФИ,что ограничивает фун циональные возможности АС0113 я круг решаемых ими задач. Отсутст метрологического обеспечения А1.1Д сдернивает шрокое внедрение ] в практику обработки изображений.

Вторая глава посвящена разработке пршщипов построе1шя пр. цязионного АЦЦ, предназначенного для использования в качество универсального УВВ в АСОПЗ.

Проведешшй анализ архитектури аппаратных средств ЛСОИЗ о водил сделать вывод о том, что на основе универсального А1.Щ на быть построена базовая АСОПЗ с шнндально необходимым набором • нических я программных средств, позволяющих реализовать обрабс ФИ от ввода данных до вывода пз 0Й.1 результатов обработки. Опр лены требования, которшл должен отвечать АМД, чтобы выполнять функции базовой АСОИЗ.

С целью определения оптимальных решшов работы разрабатиш мого АВД в диссертации проведен анализ метрологических и оснои технических характеристик АВД (диапазон и погрешность измерена оптической плотности,пространственное разрешение, быстродейств: Показано, что пространственное разрешение А1.Щ определяется шля-ыальным шагом перемещения системы сглшцюваши! и качеством пзск кешш, создаваемого оптической схемой. В качестве критерия оце» 1сачества дискретизованного пзобралсшш принята мера его ш^юреа циоиной емкости. Получено внрагенпе, позволяйте определить та] мационлую емкость дпскретизованного АЦД изображения С в зави< мости от шага перемещения Л п <Ж1 оптической схеш Т (//2 при заданной площади изображения Л и сиге квантования оптпческ< плотности ¿Ъ :

о а/п1 сор^и^'щгпм/ит{цгч)]}№ъ

В качество простраистаснпого ра^рспогги слодует зг.згсть :;со гплчсюю II , при потерей дэстягготся гзгосди С

Отрсделслш фшеторм, от котори;: мв::с::т скорость с'1~с;: :'С!:п:1)ор!.пцгш: скорость сгсшярошзшз, скорость I, прострппстЕзшшо разрсп:э1;по я скорость передач:: г^'Т"':' по гаду свяая с ЭЕ,!. Мпкспшлыиге бнстродойстгяо /ЙД ¡тягается при сканировании ФП гсагом, прссгрзггсгггсгт-с:'"

(рекешэ с ткелгально допустимо"! сколет?»» С1гл1:;тгс" г гга? Сап. . огргилчкглекой скоростью йотс::стр:1рсгг::::л с-;:-:тьа перздага дапшх но кагалу связи с ЭШ:

В диссертгится язлагаптсл разработашно ангорой яетягж троения унетерсальюго ЛЩ, ершшглрозаиного на ачсство базовой ЛС01ГЗ. Структура /АЩ со стогса ояродзлггге:: раин: ил тласм сястеш озтстткческого скаткрозанш. Для г/.:бггз а разверзся састе:.ш сканировали в работе сфорчулярзгзп п зшжш критерий оптимальной работ ЛЩ, учкисггсг^П с'::г?г>-зтвяе я пространственное разрешение сястш с:;г-::жг.: пт:::: 17;:: гигнутсм быстродействии сястеин фотсматряроганяя >10*). Дтл: з, стоби система сканирования могла бить псяодзгсггг?. з эщем полосу ярояусканяя 05 , со с::орзсгг> ггг^^гг"*."-

V я пространственное разрегзнве Л. лс." т г иь условию:

Из нескольких систем сканпрэвашм, удоэлстЕоряагдх сгс.~ вив, предпочтение следует отдать сястемз с ДгШга иарс.'гот-П .

Б основу построения универсального АВД, для работа з безегял 3, а так&е для рссешм структурометртескях задач, азторзз кени прянцшш, позволявшие сочетать кад высокую тос:ссть гстз-п параметров полутоновых цветнях п чергго-белвс тяк я гусо^ производительность. Высокая точность измерения моргают огз-за Ф11 достигается применением в системе скатрог-агая пргна-чой плоскостной двухксордчнатноП онтшм-меяитескоЛ рагЕсрт-дяскротнш следяигм электроприводом, работагвдвд а режагэ лкск-юго дробления основного от га. Лт атщотвчв«кого пэмэоддо

У/2П > Д/

дискретностп шага перемещения предложено регулирование велвчя коэффициента дробления основного шага. Для сохранения требуеа скорости сканирования при этом соответственно регулируется ча та управляющих импульсов шагового двигателя. Высокая скороста точность СФ достигается применением прямоотсчетной схемы с да уровнями измерения оптической плотности.Возможность изменения жимов работы систем сканирования и фотометрирования позволяет менять режимы работы АВД в зависимости от решаеш!х задач.

В главе проводится анализ путей повышения быстродействия Показано,что быстродействие СФ определяется отношением "сигва шум" в системе и быстродействием преобразователя "пропускание плотность" (Г - D ). С целью повышения отношения "сигнал/шуи предложено использовать источник света высокой яркости (папря газоразрядную ксеноновую лампу).Проведенный анализ широко рас страненного аналогового преобразователя " i ~ & " - логаряфгляч кого усилителя, показал, что его быстродействие в широком дин ческом диапазоне (4-5 Б) ограничено частотой 5 кГц. Поэтоцу х быстродействующих СФ необходимо использовать цифровой способ образования "Т~ Ъ заключавшийся в квантованпп сигнала фс приемника и его табличном преобразовании в код оптической плс ности. Подучено выражение для определения требуемого числа л ней квантовшшя N сигнала фотоприемника при изменения коэ<3 циента пропускания от Ттах Tmin и требуемой цене

ления шкалы оптической плотности cl О :

N = ОД ( Ттах -Xmin)/db ' ïmin

Из полученного выражения видно, что при широком дпнаыиче диапазоне Д (4-5 Б) и bucokoî'i точности измерения плотности (clî) = 0,01-0,001 Б),необходимо использовать бнстродействуте ¡.шогоразрядные АЦП (19 и более разрядов),что вызывает значите нке трудности.Для сокращения числа разрядов АЦП предлоаен спс разбиешш динамического диапазона оптической плотности на nos пазоны, Приведено описание функциональной схемы разработавно! о быстродействием 3-К)4 пзмерошШ/с.построешюЯ по прпшвту ч вого преобразования Т—1) . Применение способа разбиения да ческого диапазона на аодвпааазоаи позволило сократить число 1 рядов АШ о 1Э до 12.

В дя с с ертп) m рассмотрен Э'ЭДекгйший способ повшзенлл щ

-У-

водительности Л1.1Д на основе использования многоканальной систеш Ьотометрирования (ЫСФ) .Такая система осуществляет одновременное считывание информации с нескольких строк ФИ {по числу каналов) ipa сканировании вдоль строки. МСФ позволяет повысить быстродействие АМД в 10-15 раз при сохранении точностных характеристик на уровне одноканальной.

Предложено несколько вариантов построения структурных схеы ЛСФ,отличающихся быстродействием п степенью слолшости аппаратурой реализации. Проведен анализ быстродействия этих схем.Показано, jto быстродействие схемы с параллельно-последовательной обработкой сигналов каждого канала,в которой аналоговая обработка сигналов проводится параллельно,а цифровая - последовательно,ограничи-зается временем цикла преобразования АЦП tn ¡l временем задерз-ш срабатывания аналогового коммутатора t* :

v/i-n * i/(tnH*)

где: W¿ - быстродействие каддого 1санала; /I - число каналов.

Быстродействие схемы с параллельной обработкой сигналов в каждом канале, имеющей в кадиом канале свой АЦП, выхода которых коммутируются мультиплексором в канал передачи данных, значитель-10 выше и ограничивается временем коммутации ¿к :

Wt -n ^ ЦЬк

Р&эработан критерий, который позволяет путем сопоставления постигнутого быстродействия и необходимых аппаратурных затрат выбрать оптимальный вариант схемы Ш&. Критерий описцвается следухн цш аналитическим выражением:

Q = Wi-n/(Pi-tl *Р«осл)

где: Р{ - коэффициент аппаратурных затрат кагдого канала;

Рпасл - коэффициент аппаратурных затрат схемы последовательной обработки сигналов.

1) третьей глазе поводится исследование п овднгс-i искажений, эпослшх А1:|Д в процессе дискретизации л ввода *5Л а гШ.Зто позволяет оценить реалыюе искажения, впосшше конкретным прибором, н учитывать их при работе. Подученные результата поэполлпт тлюе разработать метрологическое обеспечен««? прибор в части описания шишпческих погредоюстей прибора.

Показано, что непрерывный спектр ФИ подвергается в АЦД двух-

ступенчатому линейному искажению: вначале проекционной оптакоЗ затем аналоговой частью 05. Оценку пскаяеняй, ввооаздг АЦД с 1' ходаое ФИ, предложено провести путем спектрального шаяаа по редаточнш функциям отделышх систем и всего прибора. Покгсгло что проекционная оптика АВД является линейной кзсддаиатячосксК системой. Ее передаточная функция иояет быть представши ©саг модулем - функцией передачи модуляции (ФШ). Взедзао асилчпо Ф1Ш АВД Тлмд , под ^соторой поддается отпеплг^а

спектра даскретдзованного ФИ к спектру дседсз:

ФИ Р ( ) . При условие равномерного двжхншя стола елаеь X со скоростью V ФШ ЛДД принимает вид:

_ Ъил(Ш) =

где: 1по () - ФШ проекционной оптики; Г£!д(1'1?"ф|-СЕ

измерительной диафрагмы; - ЛЧХ аналоговой части

Произведен расчет полихроматической ФШ проедцаишоН оатс» с учетом спектра излучения источника света, спектрального ко^ циента пропускания оптики п коэффициента спектральной чувстаяк ностп фотоприемнпка.

Применительно I; выбранной структуре /Щ в диссортадш: разр ботаны критерии выбора оптимальных параметров оптической увеличение осветительной оптики, увеличение проекционной сггггдж апертуры осветительной п проекционной оптики. Разработашшз ирл рии позволяют мпншязпровагь искажения считываемого Ш.

Увеличение осветительной оптики ро доллно удовлотвор.та условию: .1 _ .

где: С - интервал когерентности; ^.»х ~ максимальная проогх ранственная частота в обрабатываемом ФИ; '- пргдел -пространственного разрешения проекционной оптаки. Подученное рнражеяпе дает минимальную величину увелзчегпя осветительной сйгтпкя для обеспечения эффективной некогеренткост) освещения' измеряемого участка у'Л.

Увеличение проекционной оптики долзно удовлетворять следуицт.! условия).!:

ЕГО Л < КСО Л )

Стп Чф 6 /п Г

где: Д - апертура шкрообъеитаза; émin - ыннгалально допустимая шряна измерительной щели; ,А - коротковолновая граница спектрального диапазона ыикроденситометра. Зеличяна вт(я обычно определяется технологией ее изготовления.

Для выбора оптимального значения апертуры проекционной одтя-!'Л Ля PL предложен критерии, который заключается в'отыскания кая-зшлального значения величины Тщ(/W,lV?axj=Тпо^пр^та*) ю параметру А пр. , где: тп0 {/Ц^/мД- ФПМ проекционной оптики па фостранствеинол частотой*, ТдфМи^лмцЬ ФШ, зависящая от волячяш гефокуспровки проекционной оптики.

За критерий оптимальности апертуры осветительной олтшш Act& 1ринято "условие:

Аось'-апр. -тах-л -до: Д - длинноволновая граница спектрального диапазона ьякро-

денсятометра. lía основании разработанных кригерпвв щтяшзации была разработана оптическая схема ЛЦД, позволившая 1еалязовать высокое пространственное разрешенпе.

Четвертая .глаза посвящена разработке принципов оптимального ■правления АМД.

Разработана ызтодигса оптимизации структурной с хеш СУ АМД, снованная на многокритериальной (векторной) оптимизации в рамках аданных'ограничений. В качестве критериев оценки эффективности У Л1.Щ выбрани следующие: стоимость аппаратных средств, стоимость рограшних средств, время обмена с 2Ш для ввода параметров эле-ента ФИ, среднее число команд для ввода параметров элекэпта СИ, ропускная способность СУ, средняя наработка па отказ, гибкость дгорятма управления, коэффициент снаии плфорюцлп. С целью свезши векторного критерия к скалярного предложено использовать омплексный показатель качества, позволяющий выбрать оптпиашшй зряант построения СУ АЩ:

kj К, о

te: Kj - комплексный погазатель качества J -ой схемы СУ;

R - весовой коэ(Ь;.'НЦиент i -го критерия} Kt'f - значение

L -го крятария для j —oil схеми; К(<з - нормярутоий

делитель.

Решение задачи огтмтзгит стрл'турной cxra.oi СУ* АМД прово-

дится в несколько этапов: анализируется алгоритм работы АНД и ограничения на его реализацию; строятся различные варианты стрз турных схем СУ, реализующих алгоритм; дЛя уменьшения размерное! задачи с хеш, не удовлетворяющие ограничениям на реализацию аягс ритма, исключаются из рассмотрения; определяется оптимальный вариант построения схеш СУ, для которого комплексный показател качества К^ принимает максимальное значение.

Предложена классификация СУ" АВД по следующим признакам: пс методу управления - с программным, аппаратным я комбинированный управлением; по способу обмена информацией с ЭШ - с синхронным асинхроннш и обменом по прерываниям; по виду передачи данных -с передачей по программному каналу и с передачей по каналу пряв го доступа в память;по способу передачи данных - с последовать ной и с параллельной передачей; по способу реализации блока управления - с жесткой логикой и с гибкой (программной); по сносе связи с ЭДН - с непосредственной .связью л со свазью через лроме жуточный носитель.

Проведена оптимизация структурной схеш СУ АМД, реализуюсь разработанный алгоритм управления.8 качестве оптимального вабре вариант СУ АМД, построенный по коыбгашровашоаду (програшно-апи ратному) методу управления с передачей данных по каналу прямоте доступа в память.

Проведен анализ шфориациадшх потоков в СУ АЦД. Для количественной оценки информационных свойств СУ введены ооказатеди инфор1.1ативности и информационной производительности,Коэффациенэ информативности равен отношению временя передачи информационно! сообщения к общему времени обмена с ЭНЛ. Этот коэффициент хара! теризует эффективность СУ с учетом выбранного алгоритма управле няя. Для характеристики быстродействия СУ введен показатель оби инфорлациошюй производительности, равный отношению общего код! чества управляющей и измерительной информации в одном сообценпс ко времени обмена с ЭШ, которое требуется для передача этого сообщения. Коэффициент пнформативностп прпшшает максимальное ! чение для СУ с аппарате.! управлением.

Па основании анализа управляющей информации в СУ подучена выражения для определения объемов ут^вляицей шг^ор-сити в СУ < комбинированным Супе % он 11 с проппммтп управлением Сщр т

Супр. кон. ~ (Сстр. с сост. * Скеор.)- Мсгя, f С^лд,- tl

С »пр. npor. = (Скоор. ^"скон. ^ссост.) • п. }л.

де: Сет? - объем информации,задащей параметра строки сканя-рованпя; Лгт - число строк в растре; Сеост. - объем ян-формации о состоянии прибора; Скоор. - информация о текущих координатах стола; С упр. - информация управления передачей данных по прямому доступу в память; Пэл,- число элементов ФИ; С ко». - объем информация для задания команд микроденситометру. Структура с $пр. пюг. проще, чем С<тя кон. цнако С упр. кон менее зависит от числа- точек растра скани-ования, чем С упр. про г. . При сканирования больших форматов [I с малым шагом дискретизации cyijp. прог. резко возрастает.

Проведен анализ передачи данных меяду АЭДД и ЭШ по каналу рямого доступа в память. Максимальная пропускная способность ин-зрфейса ОБЩАЯ ШИНЛ для случая работы с одним АМД.Пояклшеншш к анаду прямого доступа, магет быть определена из выраяенпя:

-A max = // Н

is Н - время обслуживания запроса.

1К как процессы прохождения сигнала по линии разрешения прямого эступа и передачи данных совмещены, то: И- max(iittz} хе: ti - время прохождения сигнала разрешения прямого доступа; ti - врегля цикла передачи данных. t( изменяется в зависимости от места вклшенш! /ДД в ЗЩ) ШИНУ, a tz постоянно и определяется временем цикла ОЗУ. м оценки эффективности совмещения процедур арбитража и передачи шных введен коэффициент совмещения:

К С = (МЫ/Н

j анализа Кс следует, что »М>екг совглещеаия 'каиболее сутзгстве- .. ¡н в случае подключения АЦЦ в середине по лиши разреаенвя пря-)Го "доступа.

й результате mcjopimworaioro анализа СУ АЦД бало подучено ¡новиоз функционально-временное условие, которое должно вшгол-1ться в СУ АЦЦ:

^ tnep. ^ taepeM.

где: ¿Mi«. - вреш подменял измерительной инфориации в одной точке ФИ; tncp. - время передачи этой информации & память ЭШ; Ьперен. - время отработки вага перемещения«

Для реализации СУ АМД был разработан универсальный контрол лер, предназначенный для подключения АЦД к ЭШ с интерфейсом ОЩАЯ ШИНА.Контроллер позволяет организовать обмен дпятия шжя ЭШ и АЦД как по программному каналу, так и по канаду прямого доступа в память.

В пятой главе проведена разработка метрологического обеспе чения АЦД п экспериментальное исследование разработанного АЦД.

В процессе разработки метрологического обеспечения АМН был выбрана оптимальная номенклатура метрологических характеристик CI.DC) и разработаны методики и средства экспериментального опред ления Ж, а также технических характеристик, определявднх качеств прибора. Характерной особенностью АМД, как средства изыерений.я ляется наличие двух измерительных процессов,в которых одноврвие участвуют средства измерений двух физических величин - оптичеся плотности и линейных размеров .Для выбора оптимальной номенклату MX была получена следующая модель погрешности, представляющая со бой символическую запись объединения составляющих погрешосла измерений: е о

Л - AoS * Д<7 * Лом * Ady*.

где; о Лos- систематическая составлявшая основной погревадстн;

Л0 - случайная составляющая основной погрешности;

Am" случайная составлявшая основной погрешности,обуоховла ная гистерезпзом; Де/у/г. - динамическая погреанооть.

На основании полученной модели определен оптшашшй соси ко1.шлекса MX АМД: номинальная цена единицы наименьшего разряда кода оптической плотности; предали допускаемых систеиагпческой среднего квадратнческого отклонения случайной составллщях оскс ной погрешности при измерении оптической плотности; предах ХОД каемой варпацвп при измерении оптической плотности; функция nej дачи модуляции} максимальная скорость измерения оптической nxoi поста; номинальная цена одшицн наименьшего разряда кола пером щения стола; пределы доцусглешх систематической й среднего як ратичеог4ого отклонения случайной составляадях основной погрмт ти при измерении коордапат стола; предел допускаемой вариации i

ш гш ш

С

iшшт

V

í>

КОНТРОЛЛЕР

zv

\7

SZ.

контрашр

дасшй

ПОЛУТШОШЙ

БЛСК УПРАВЛЕНИЯ

И

/i—к систаи V—у/ скшишша

и

СИСТЕМА БШС СЕ2ТО- СИСТЕМА

ГСШШРОВАж. ОШИЧЕСКИЙ ВОСИРШЗЩЩПЯ

Рис.1

еренпи координат стола.

В диссертации проведена разработка методик а средств экспери-тального определения комплекса ЫХ АЦЦ,а Tárate основных технп-кпх характеристик: диапазона измерения оптической плотности; симальной скорости сканирования;диапазона воспропзводпиых опти-«IX плотностей;количества воспроизводимых градаций оптической гности; максимальной скорости внвода фотопнформацпи; воспроизводи измерения координат стола.В качестве образцов!« средств зрения разработанн набор мер оптической плотности и координат» сетка.

На основания разработавшее принципов построения уняверсальпо-1Щ дпя АСШЗ 1пзрлботан я освоен в серийной производстве при-МШ-1ЭДЛ, прс.тшагигчпнинй ллл ирсниэЯонноЯ обработки чорно-IX и цветних «1 в АСОНЗ.Структурная сяеги прибора соответствует

рпс.1. Слетала сканирования с оптико-мохащческой плоскостной разверткой,построенная на базе двухкоординатного следяшэго провода. Система фотометрирования выполнена в двух сменных вариантах -одноканальном и многоканальном. Ввод и вывод ФИ осуществляется одной системой сканирования раздельно во времени.Для организации диалоговой обработки ФИ в состав А1.1Д-1ЩМ может включаться полутоновый цветной дисплей.

Подученные результаты экспериментальных исследований и Государственных испытаний прибора Л1.Щ-1Щ.! подтвердили правильность принятых технических решений .обеспечивающих высокую точность и быстродействие прибора. В одноканальном варианте быстродействие составляет 2*10^ измерений/с при основной погрешности измерения оптической плотности не более 0,04 Б и пространственном разревэ-нш I мил. В многоканальном варианте быстродействие достигает В'Ю4 измерений/с.

Основные результату, подученные в процессе работц

нар диссертацией

1. Проведенный анализ современных УВВ ФИ для ЭШ показал, что в качестве универсальных УБВ для применения в АСОИЗ могут быть рекомендованы АНД, позволяющие решать широкий круг задач обработки изображений с высокой точностью измерения оптической плотности и координат элементов ФИ.

2. Разработаны принципы построения АЦД для работы в АСШЗ, основанные на прецизионном скоростном измерения оптической плотности черно-белых я цветных полутоновых ФИ в широком динамической диапазоне, прецизионном сканировании ФИ с изменяемыми в широких пределах дискретностью шага перемещения я скоростью сканирования на основе применения шагового следящего привода с электроннш дроблением основного шага.

3. Разработана прецизионная широкодаапазонная быстродействующая 05, построенная на основе прямоотсчетного метода измерения коэффициента пропусглнял Г и оптической плотности Ь , с адф-ровым преобразованием Г в Ц , автоматическим переключение« пределов измерения я динамической коррекцией нестабильности,позво-дшедоя повысить точность и йнстродействие АВД.

<1. Разработаны математические выцссния критериев оптимизации иа]«ыетров оптической схемы МШ - увеличения осветительной и проек-1Шитой оптики, апертуры осветительной и проекционной оптики,

«

шляющие реализовать высокое пространственное разрешеняе АЦД.

5. Получено выражение для ММ Л1.Щ. позволяпцзе оценить чао-ные искажения обрабатываемого ФИ, вносимые А1Щ при работе в

ИЗ.

6. Разработана методика оптимизации СГАВД, основанная на гокритериальной (векторной) оптимизации в рамках заданных огра-енлй. Сформулированы критерии оценки эффективности СУ АНД.

7. Проведена оптимизация СУ ЛГ.Щ,реализующей разработанный оритм управления. Оптимальная СУ АЦД реализует програшно-аппа-ное управление ЛГ.Щ с передачей данных в ЭШ как по программно-каналу, так и по каналу прямого доступа в память.

8. Получено выражение для определения допустимого временя кции СУ Л.МД на вI(работку управляющего воздействия,позволяющее тествлять выбор микропроцессорных средств по быстродействию применения в СУ АЦЦ.

9. Разработан и освоен в серийном производстве автоматический роденситометр АВД-1Щ.1, предназначенный для использования в эстве универсального УВВ $¡1 в ЛСОПЗ. Он реализует ввод и вывод то-белых и цветных ФН, зарегистрированных на прозрачных и не-зрачннх фотоносителях, обработку введенной фотопнфориацпя,воз-юсть диалоговой обработки ФН путе!.1 подключения полутонового тлея. Технические характеристики Л11Д—ХЩГ.1 соответствуют совре-югду мировому уровню: диапазон измерения оптической плотности -) до 4,3 Б; основная погрешность измерения плотности - не бо-0,04 Б; воспроизводимость позиционирования - 0,003 ш; про-шствонное разрешение - 0,001 мм; максимальный размер обрабагы-того ФИ - 250x250 ш2; максимальная скорость сканирования -ел/с; быстродействие считывания фотоинформацип в одноканальнш ганте - 2'10^ измарений/с; количество урозней экспозиции -4096. шстродействию и точности измерения плотности прибор превосхо-зарубеанна аналоги. ЛИД-1ЭДЛ произл Государстве!шие исшггагои гтестован на Высшую категория качества.

10. Впервые в отечественной практике разработано метрологп-'.ое обеспечение АЦП. В процессе разработка метрологического ¡печения бала определена оптимальна! номенклатура метрологячес-характерястпк М.Щ, разработаны методики и средства экспераша-ьного определения метрологических и основных технических харак-ттик АЦД,разработаны программ автоматизация проведения пот*-

ташш.

Метрологическое обеспечение позволяет обеспечить единстса измерений при серийного выпуске -АВД путем метрологической аттестации приборов при выпуске из производства и в процессе эксплуатации.

Работы, положенные в основу диссертации

1. В.Ф.Горенко, М.П.Гришин, С.В.Пахомов и др. Комплекс аппаратуры для автоматической расшифровки экспериментальной фззсческой информации - В кн.Автоматизация эксперимента в физяческях исследованиях. М, Эйергоиздат, 1984. с.107-110.

2. Моргоева Л.Н., Маркелов В.П., Горешсо В.Ф.,Курбанов Цветной полутоновый дисплей - Там же. с.149-151.

3. Горенко В.Ф..Гришин И.П..Маркелов В.П..Островский П.А., Чернина Т.Д. Применение мини-ЭШ для обработки фотопзобрасзндй. Тезисы доклада на Всесоюзном научно-техническом совепгшяк "Перспективы развития и опыт применения мини и микро-ЭШРг. Орзл, 1982 г.

4.В.Ф.Горенко, М.П.Гршшш, В.ПЛЛаркелов.Система управленпя автоматическим микроденситоиетром. В кн.Автсдатизирокшные сссго-мы обработки изображений (АСОИЗ-81): Тез.докл.Всесошзой конф.,Ц: Наука, 1981.

5.В.Ф.Горешсо, М.П.Грлшн, Ш.И.Курбанов, В.П.Елуферьех;, D.H. Марке лов, В.Н.Корешков. Автоматический микроденсятометр для обработки черно-белых и цветных фотоизображении - В кн.Автситп-зация научных исследований на основе применения ЭШ: Тез .докл. 71 Всесоюзной конференции, Новосибирск, 1931. с. 123-130.

6. М.А.Борейко, В.И.Боровой, Л.А.Браплко, В.Ф.Горэшсо п др. Автоматический микроденсптоглетр для расшифровки черно-белых и цветных полутоновых изобранешш - В кн. Оптическое изображение* с регистрирующие среда: Тез.докл.Всесоганой коиференщш.Лешшград, 1982. с.232.

7. В.Ф.Гореш'.о, Ц.П.Гршшн, В.П.Наркелов. Уаравлешт скорое пил автоматическим шкроденсптометрш - Tau ss. с.233.

Б. Н.Л.СвятославскпИ, В.Ф.Горенко, К.Н.Иоскалав. Пр!шененио автоматического шкроденситоыетра с фоторегпстрпругцп устройством для измерения параметров цветных фотопленок - В кп. всесоюзная конференция по проблема« создания современных цветных кинофотоматериалов: Тез.докл. Черноголовка, I9C7. с.179-161.

9. М.П.Гришин, Ш.М.Курбанов, Е.И.Чернов, В.Ф.Горенко а др. ■сроденситсыетр. Авторское свидетельство й 957000.

10. Ы.П.Гришин, Ш.М.Курбанов, Е.ИЛернов, В.Ф.Горенко и др. :роденситшетр. Авторское свидетельство 1124680.

11. В.Н.Большаков, В.Ф.Горенко, М.П.Гришин я др. соматические шкроденситометряческяе комплексы - В кн.Автоматами оптических приборов: Тез.докл. П Отраслевого семинара, нгаград, 1989. с. 9-10.

12. В.Ф.Горенко, А.И.Иванов, Н.Л.Святославский.Р.Р.Бикматов ■рологическое обеспечение автоматических мякроденситометроз. -[ же. с.39.

13. Р.Р.Еикматов, В.Ф.Горенко, Б.И.Олейников.

граммное обеспечение автоматического мякроденсятометрического плекса. - Твил же. с.53.