Автоматизированная система оптических исследований

Создание синтезированных на ЭВМ элементов плоской оптики (ЭПО) выдвинуло новые проблемы, связанные с исследованиями, испытаниями и использованием этих элементов. Основой исследования ЭПО являются задача реализации их на фотоносителе или на реверсивном носителе (модуляторе) оперативной записи и определение светового поля после взаимодействия когерентного излучения с ЭПО.

Получение исчерпывающей информации при таких исследованиях возможно только при условии автоматизации на базе ЭВМ. Технические требования к объектам исследования, объем и точность измерений, опыт, накопленный на кафедре техниче ской кибернетики Куйбышевского авиационного института по созданию автоматизированных систем оптических исследований, позволили определить структуру системы.

В основу положена двухуровневая система на базе центральной ЭВМ и ряда периферийных ЭВМ. Верхний уровень (центральная ЭВМ) построен на базе комплексированной ЭВМ (ИВК-2), дополненной спецпроцессором БПФ(СПФ-СМ); прецизионное устройство ввода-вывода полутоновых изображений ’’Ромб”, графопостроитель АП-7252 и другие периферийные устройства подключаются к ПЭВМ через интерфейс КАМАК. Нижний уровень (периферийные ЭВМ) строится на базе микроЭВМ

"Электроника-бОМ” и крейта КАМАК, располагаемых непосредственно у экспериментальных установок.

Связь между периферийными и ПЭВМ (до 200 м) осуществляется через 4-проводную линию интерфейса "токовая петля" со скоростью до 9600 кбит/с. Эта линия обеспечивает обмен файлами, а также распределение ресурсов ЭВМ верхнего уровня для работы с ее ресурсами удаленной ЭВМ в режиме виртуального терминала, когда процессор удаленной ЭВМ работает в сквозном режиме.

Основой базового программного обеспечения является комплекс программ, обеспечивающих ввод, обработку и вывод изображений на внешние устройства ЭВМ. Программы обработки (ПО) не зависят от используемых устройств ввода-вывода изображений. ПО организована как открытая система, содержащая набор наиболее часто используемых процедур обработки и предоставляющая пользователю возможность дополнять ее своими программами специализированного назначения.

Операционная система - RSX-11М.

Такое построение системы позволяет повысить эффективность работ, проводимых одновременно на нескольких (до пяти) экспериментальных установках.

Все устройства, применяемые при автоматизации оптических экспериментов можно разделить на несколько групп:

• —    устройства ввода информации в оптическую систему;

• —    устройства вывода информации из оптической системы в управляющую экспериментом ЭВМ;

• —    исполнительные устройства;

• —    устройства, обеспечивающие заданный режим работы и проведения эксперимента;

• —    сервисные устройства.

К устройствам ввода информации в оптическую систему относится цифровой формирователь видеосигнала (ЦФВ), который осуществляет вывод информации на экран телевизионной проекционной трубки в формате 256x256 элементов с 16 градациями яркости. Изображение с этой трубки проецируется на модулятор "свет—свет”, осуществляющий непосредственный ввод двумерной информации от ЭВМ в когерентную оптическую систему.

К устройствам вывода информации из оптической системы в управляющую ЭВМ относятся следующие устройства:

• —    цифровой преобразователь видеосигнала (Ш1В) [1,2], который в качестве формирователя изображения использует телевизионную передающую камеру на видиконе или на матричном ФПЗС камеры типа КТП-64, КТП-67, КТ-2 и т.п. Модуль обеспечивает аналого-цифровое преобразование видеосигнала и вывод результатов этого преобразования на магистраль крейта КАМАК. Границы вводимого участка изображения программно задает оператор;

• —    ЦПВ с буферной памятью, который в отличие от предыдущего обеспечивает высокоэффективную работу системы при одновременной работе нескольких пользователей;

• -    фотоприемный преобразователь на линейном приборе с зарядовой связью [3], который обеспечивает формирование всех необходимых для нормальной работы линейного фотоприемника ПЗС постоянных и переменных напряжений, предварительное усиление выходного сигнала, аналого-цифровое преобразование входного сигнала и выдачу цифрового кода на магистраль крейта КАМАК. Предусмотрена выдача на магистраль информации только о засветке считывающего регистра ПЗС, что позволяет определить информативный выходной сигнал;

• -    ФПЗС - контроллер в стандарте КАМАК, обеспечивающий формирование всех необходимых напряжений для нормальной работы линейного фо-топриемного ПЗС, предварительное усиление выходного сигнала с автоматической привязкой нулевого уровня к опорному напряжению, аналого-цифровое преобразование и занесение в буферную память информации о засветке каждой ячейки за вычетом фоновой засветки считывающего регистра. Считывание информации из памяти на магистраль крейта КАМАК — асинхронное. Время экспозиции (время накопления генерированных светом зарядов) устанавливается программно от ЭВМ. Предусмотрено подключение внешнего осциллографа с возможностью синхронизации начала развертки с сигналом любой программно выбранной ячейки.

К исполнительным устройствам относятся двухкоординатные электромеханические устройства фокусировки с программным управлением, устройство смены фильтров и др.

Устройства, обеспечивающие заданный режим работы и проведения эксперимента, представляют модули программного задания и поддержания температуры охлаждения до -80°С электрооптического модулятора типа "Кристалл”, выполненного на базе дейтерированного кристалла дигидрофосфата калия, и задания временных интервалов считывания, стирания, записи.

К сервисным устройствам можно отнести специализированное запоминающее устройство, графический диалоговый модуль, контроллер планшетного графопостроителя типа Н306, контроллер рулонного графопостроителя типа АП-7252, преобразователь напряжений + 24/+ 12 В.

Проведенные эксперименты на установках описанной системы по исследованию синтезированных на ЭВМ элементов плоской оптики (пространственно-согласованные фильтры, фокусаторы и т.п.) подтвердили работоспособность и надежность функционирования системы в целом, выявили некоторые недостатки, которые в результате проводимых работ будут устранены.