Введение к работе
Актуальность. Во многих областях научно-технических и инженерных исследований единственным способом регистрации информации является фотографирование объекта, процесса, явления, что обеспечивает более высокую разрешающую способность, чем использование телевизионных систом. Примерами могут служить исследования в ядерной физике, аэрогидродинамике, мембранной технологии, экологии, медицине и др. При этом, как правило, результат эксперимента представлен большим числом фотоснимков.
Для считывания информации с фотоснимка необходимы специальные устройства, обеспечивающие точную и быструю оцифровку изображения. Для этих целей применяются сканирующие системы различного типа : " использухвде механическое сканирование, видеокамеры, приборы с зарядовой связь», а также системы с управляемым от ЭВМ сканированием на электронно-лучевой трубке (СЭЛТ), являющиеся на сегодняшний день наиболее гибкими и прецизионными.
Наибольший; прогресс в создании таких систем был достигнут в области ядерно-физических исследований. Примерами СЭЛТ, сочетающих скаиатор и ЭВМ, являются системы POLLY (США), РЕ PR (Англия) ERflSHZ ( се/гл/, Швейцария), АЭЛТ-2/160 (СИЯЙ, г.Дубна), МЭЛАС (Й5ВЭ, г.Протвино), из которых три последние обладают наиболее высокими и примерно одинаковыми точностными характеристиками и позволяют работать в интерактивном режиме. К этому же классу систем относится функционирующая с 1985 г. в Московском энергетическом институте СЭЛТ АЭЛТ4Ш, которая создана на основе автомата АЭЛТ-2/160, но в отличие от него и других аналогичных систем полностью реализована на отечественной элементарной базе. На основе системы АЭ1Т-МЭИ организован межведомственный измерительный центр коллективного пользования для автоматизированной обработки фотоизображений в различных областях науки и техники.
Настоящая диссертация посвящена разработке теоретических ос- / нов, методики и рекомендаций о практической реализацией на СЭЛТ АЭЛТ-МЭИ, направленных на выявление факторов и взаимосвязей между ними, обуславливающих точностные показатели систем типа СЭЛТ. Полученные результаты позволили существенно уменьшить погрешности и расширить класс решаемых задач при массовой автоматизированной обработке фотоизображений на СЭЛТ АЗЛТ-МЭИ. Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научных работ кафедры
автоматики МЭИ в рамках КЦП ГКНТ СССР ОЦ-0.27 задание 05.59 и межвузовской КЩ АСЩ задание 1.06.0В, утвержденной приказом Ытвуза СССР № 583 от 5.08.8В г. яа период 1986-1990 гг.
Цель работн состоит в разработке теоретических положений,методики и рекомендаций, направленных на выявление факторов, обуславливающих точностные показатели систем типа СЭЛТ, и управление ими с целью уменьшения погрешностей при автоматизированной обработке фотоизображений в прикладных областях.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.
-
Определен класс алгоритмов, реализующих различные стратегии перемагничивания фокусируаде-отклоняющего комплекса (ФОК) системы АЭ1Т-МЭИ. Осуществлено сравнительное исследование алгоритмов с выделением оптимального.
-
Проведена структуризация измерительного тракта А.ЭЛТ-МЭИ с представлением его в виде объекта исследования с выделанием входных и выходных переменных и исследованием возможности использования метода случайного баланса для выявления совокупности факторов, влияющих на точностные показатели системы. Спланирован и реализован сверхнасыщенный эксперимент, обработаны его результаты.
-
Установлена существенная зависимость точностных показателей системы от уровня температурной стабильности окружающей среды. Осуществлена идентификация помещения, где установлен скана-тор, как объекта управления, разработан цифровой алгоритм, реализованный в системе автоматической стабилизации температуры.
-
Создан комплекс программных средств, обеспечивающий координатную калибровку сканатора, оперативный контроль основных точностных показателей СЭЛТ, тестирование цифровой части аппаратуры, контроль и отображение параметров формы и размеров светового пятна на ЭЛТ.
Методы исследования. В диссертации используется аппарат математической теории планирования энсперименга, методы математической статистики, теории автоматического управления.
Научная новизна. В работе решены следующие вопросы: -'доказана возможность и целесообразность использования математической теории метода случайного баланса применительно к системам типа СЭЛТ для дискриминации влиятельных и невлиятельных (щумовое поле) факторов относительно точностных показателей сие-
>
еш;
методы математической теории эксперимента применены для гостроеияя количественных соотношений, связывающих остаточную їтппбку калибровочных преобразований с совокупностью магните- -электрических параметров СЭЛТ, что позволило определить их оптимальные значения;
разработана оспсвашая па экспериментально-статистическом юдходе методика сразнит-льного исследования различных алгоритмов теремагничивания ФОК в системах типа СЭЛТ; предложенная методика позволила вибрать наилучепй алгоритм перемагничкванкя и опреде-гать оптимальное время ожидания в промежуточных точках при скшга-оовании;
разработано и реализовано тестовое обеспечение, которое позволяет оперативно контролировать характеристики измерительной системы, влияющие на точностные показатели: размер пятна и уровень цискпшинацпн, повторяемость центра креста, повторяемость отсчетов на строке, время "отдцха" системы.
Практическая ценность и реализация результатов работа.
-
Применение методов теории планирования эксперимента позволило выделить существенные фактори, которые влияют на точность измерения. Для существенны факторов была построена математическая модель, которая отражает зависимость точности измерения от существенных факторов, и с помощью математической модели был найден оптимальный, в смысле точности, ротам работы сканирующего аппарата, что позволило снизить ошибку измерения по катаой из координаты с 4 дам до 2,8 мет. С помощью экспериментально-статистических методов был выбран наилучший алгоритм перемагничивания, минимизирующий ошибку измерения, выбран оптимальный шаг вывода луча в начальную точку сканирования, время ожидания в начальной точке сканирования и в промежуточных точках.
-
Для поддержания постоянной температури в помещении, где размещена система АЭШ-МЭИ, была создана система температурной стабилизации. Система находится в работоспособном состоянии,поддерживает температуру В'диапазонв + 22С ч- 0,5 С в любое время года.
-
Практическая реализация пунктов (1,2,3) позволила получить на измерительной системе АЭЛТ-МЭИ ошибку измерения по полю около 4,5 мкм. Это позволило обрабатывать на данной системе АЗдТ-МЭИ фотоснимки, требующив высокой прецизионности, в частности, магнит-
но-искрового спектрометра ИФЗЭ (г.Протвино),
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсувдались на УШ и ПС Всесоюзных конференциях по планированию эксперимента и автоматизации научных исследований.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из основной части к приложения. Основная часть содержит введение, шесть глав и заключение, изложенные на 178 страницах машинописного текста. Работа иллюстрирована 46 рисунками и 24 таблицами. Список литературы включает 37 наименований.
