Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Развитие науки и техники сопровождается усложнением кспериментальных установок, ростом количества детекторов, датчиков, змерительных приборов, управляющих блоков и т.п., что требует остоянного совершенствования электронной аппаратуры и систем сбора и оработки данных. Количественное и качественное возрастание сложности правления экспериментами приводит, прежде всего, к огромному увеличению бъема данных, являющихся результатами экспериментов, и к повышению ложности и комплексности математических методов, применяемых для бработки этих, данных. Особенно это касается физики высоких энергий JB3), где требования к производительности и быстродействию электроники и ачислительной техники всегда были максимально жесткими, практически на эеделе их возможностей. Конечно, требования экспериментаторов, как равило, не выходят за грань разумного и учитывают текущий уровень ізвития микроэлектроники и вычислительной техники, а в этих областях в эследние годы достигнут впечатляющий прогресс.
Такое параллельное развитие техники эксперимента и сопряженных 5ластей (электроника, вычислительная техника) приводит к своего рода :оревнованию" требований и возможностей, что заставляет физиков -кспериментаторов, инженеров и программистов вести непрерывный поиск эвых решений в архитектуре вычислительных систем, методике, ютемотехнике, алгоритмическом и программном обеспечении.
В зависимости от сложности экспериментальной задачи используются ізличше методы "электронной поддержкип с разной степенью иерархического ісслоения электронного оборудования - от стандартных измерительных эиборов, которыми управляет сравнительно простой и медленный контроллер ігистрали, например, нр-ів, до сложных "многослойных" систем с определенным интеллектом на основе универсальных и специальных эоцессоров, сопряженных одной из современных высокопроизводительных шин йще всего VME) с мощным центральным компьютером (напр., в системах 5ора и обработки данных в экспериментах на коллайдерах ФВЭ).
В отличие от ФВЭ, имеющей сравнительно долгую историю развития, жоторые направления науки и техники, зародившиеся ю-15 лет назад, уже момента своего становления используют в качестве экспериментальной базы «ременные методы автоматизации экспериментов на основе мощной ічислительной техники. Можно даже сказать, что в некоторых случаях сами іучше направления начали интенсивно развиваться только после того,
когда микроэлектроника и вичислительная техника достигли соответствущеп уровня. Примером могут служить ЯМР томография или цифрова интерферометрия. Первая основана на очень сложной аппаратуре о множеством датчиков, большим объемом данных, обработка которых требуе значительных вычислительных мощностей и специфического программног обеспечения; вторая является примером экспериментальной области "средней сложности и поддается автоматизации со значительно меньшими затратам усилий и средств. Следует отметить, что бурное развитие эти экспериментальных областей совпадает с качественным скачком в развити микроэлектроники, и, прежде всего, с появлением и распространением начале 8о-х гг. нового класса ЭВМ - персональных компьютеров (PC). Имени массовое производство рс, их сравнительно низкая стоимость и богато программное обеспечение привлекли ученых и специалистов, ранее н знакомых с вычислительной техникой, к широкой "компьютеризации'' всех сфе их деятельности. Первые компьютеры этого класса были предназначены основном для офисов, их небольшая производительность делала их пригодных для решения узкого круга задач, но в течении одного десятилетия v вычислительная мощность возросла почти на два порядка, что постепень привело к их использованию в качестве ядра систем автоматизаш экспериментальных установок.
В настоящее время существует множество разработок вставных ш сопряженных с рс модулей, выполняющих функции АЦ - преобразователеГ интерфейсов, логических управляющих блоков и т.п., из которых мож> собирать относительно небольшие, но достаточно универсальные комплект для систем автоматизации экспериментов.
С постоянным совершенствованием современных рс все больше раст« спектр применений таких комплектов, и поэтому разработі специализированых вставных модулей является вполне актуальной самостоятельной задачей.
Таким же закономерностям, как экспериментальная техника в цело) подчиняется и ее частный случай, когда данными является изображен» Машинная обработка изображений, которая включает в себя компьютеры1 графику (КГ) (т.е. визуализацию синтетических изображений), обрабоп изображений (т.е. улучшение качества реального изображения и е дальнейшая обработка) и распознавание образов, особенно пригодна д. применения персональных компьютеров в качестве основы вычислительно комплекса.
Ни одна из областей автоматизации экспериментальных исследований
іожет развиваться изолированно, в отрыве от других. Методические или технические разработки, выполненные для какого либо конкретного жсперимента, практически немедленно в том или ином виде находят грименение в других экспериментах, хотя и не всегда по прямому назначению :напр., описанные в диссертации ПЗС - матрицы и электроника к ним, юпользуемые в системах регистрации и обработки изображений, широко ірименяются также в ФВЭ, в качестве позиционно - чувствительных детекто-юв, для съема информации с оптических трековых детекторов и т.п.).
ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключалась в создании специальных технических средств '.ля применения вычислительной техники в решении научно [сследовательских и методических задач машинной обработки изображений, в іастности, в областях оптической интерферометрии, предварительной обработки экспериментальных данных в ФВЭ и анализа медицинских ентгенограмм. Основной задачей являлось решение вопроса перехода от лассических подходов, связанных с независимыми приборами для отдельных спектов автоматизации экспериментальных и технических задач, к новым одходам, основанным на комплексном применении персональных компьютеров емейства івм PC.
научная новизна состоит в создании и применении ряда приборов и одулей для комплексного решения задачи автоматизации измерений и бработки данных в новой области оптических измерений - цифровой нтерферометрии; в получении новых результатов в исследовании арактеристик ПЗС - матриц (зависимость неравномерности чувствительности т длины волны и методика учета этой зависимости и др.); в разработке ригинальных электронных блоков. Многие разработки автора выполнены первые в ЧСФР.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работ диссертанта по созданию и внедрению ехнических средств и методик для экспериментов в областях оптической нтерферометрии, систем диагностики пучков ускорителей, графического редставления данных и технологии полупроводников заключается в том, что элученные результаты и выполненные разработки или дополняют возможности se известных систем, или дают качественно новые возможности в этоматизации указанных направлений научных исследований, или позволяют эмплексно решать некоторые технические проблемы. Практически все ізработки автора внедрены и используются в действующих экспериментальных
установках.
На защиту выносятся разработанные автором технические средства v методики, необходимые для машинной обработки изображения в области оптической интерферометрии и других областях.
АПРОБАЦИЯ работы. Основные результаты работ, вошедших в диссертацию, были представлены на научных семинарах в ЛВТА, лвэ оияи и ЛИ ИЛИ сан, нг рабочем совещании "Dni nove techniky" (Прага, ЧСФР, 1986), на конференш по электронным методам измерений "ELMEK0 '86" (Брно, чсфр, 1986), на хп: Международном симпозиуме по ядерной электронике (Варна, Болгария, 1988), на международном рабочем совещании по информационной измерительно! технике "Messinformationssysteme - 6. Tagung mit Internationale) Beteiligung" (Karl-Marx-Stadt, ГДР, 1989) И на конференции (
международным участием «emiscon '91 4 measurement '91" (Смоленице, чсфр 1991).
ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертации опубликованы в работах, приведених в списке литературы.
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Работа состоит из введения, четырех глав заключения. Общий объем составляет 123 страницы, включая 32 иллюстрации список литературы насчитывает 52 наименования.