В.В.Воеводин, Е.В.Клименков, Г.А.Лосев, Ю.В.Миличенко

ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий, Протвино, Россия

Аннотация

В работе описаны аппаратные и программные средства управления ТВ камерами и обработки оцифрованных изображений пучка на люминесцентных экранах каналов транспортировки. Промышленное оборудование обеспечивает ручной контроль движения и фокусировки камер. Оборудование подключено к ПК посредством двух покупных интерфейсных плат. Через разработанные драйверы для ОС Linux осуществляется автоматизированный выбор заданной ТВ камеры и оцифровка видеосигнала синхронизовано с пучком заряженных частиц. Отдельная программа дает возможность установки начальных параметров посредством клавиатуры и мыши ПК. Оператор может установить яркость, контрастность и некоторые реперные точки на ТВ изображении с целью повышения качества измерения размера и положения пучка. Основное программное обеспечение (ПО) предоставляет возможность управления экранами, оцифровки и обработки изображения с любого из пультов управления комплекса У-70.

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизированная телевизионно-измерительная система (АТИС) является составной частью системы управления (СУ) комплекса У-70 и предназначена для определения размера и положения пучка в каналах ввода/вывода бустера. Для каждого из каналов имеется по 16 камер и сетчатых люминесцентных экранов. ТВ кадр со светлым пятном следа пучка оцифровывается и поступает на обработку. Существует пять существенных для обработки комбинаций горизонтальной/вертикальной осей в зависимости от положения камеры к направлению пучка и от того, смотрит ли камера на экран напрямую или через зеркало (смотри Рис.1). Результаты обработки доступны с любой консоли любого из пультов управления СУ.

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

Средства ручного дистанционного управления позволяют включить/выключить, повернуть и сфокусировать любую ТВ камеру; экраны можно ввести/вывести в рабочую область пучка. На Рис.2 показана принципиальная схема оборудования, позволяющего контролировать до 32-х камер и экранов.

Интерфейсная плата цифрового ввода/вывода ЛА48Д обеспечивает автоматизированное включение/выключение камер и движение экранов для обоих каналов транспортировки пучка. Плата ввода/вывода видеосигналов RT822 осуществляет оцифровку ТВ кадра с возможностью синхронизации с событиями суперцикла ускорителя. Все оборудование, используемое для ручного и автоматизированного контроля камер и экранов, имеется на рынке. АТИС базируется на единственном персональном компьютере с операционной системой Linux.

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА

Программное обеспечение разрабатывалось для решения поставленной задачи и состоит из трех частей: Linux драйверы для обслуживания плат ЛА48Д и RT822 и библиотека подпрограмм, программа установки начальных параметров, основное ПО управления и обработки данных.

Драйверы и библиотека

Набор драйверов и библиотечных функций обеспечивает доступ к интерфейсной электронике с целью воздействия на камеры и экраны, поддерживает синхронизованную оцифровку ТВ кадров, предоставляет возможности тестирования оборудования и т.д. Он используется во всех рассматриваемых далее программных средствах настройки, контроля и обработки.

Программа инициализации

Специальная программа предварительной настройки предназначена для установки значений начальных параметров посредством клавиатуры и мыши ПК (смотри Рис.3). Графический пользовательский интерфейс построен на базе библиотеки gtk+. Программа позволяет в интерактивном режиме установить для 32 ТВ камер значения следующих параметров с записью их в базу данных реального времени (БД):

  • Уровень яркости и контрастности оцифровки ТВ кадра платой RT822.
  • Координаты четырех реперных точек экрана с известным положением и расстояниями между ними.
  • Координаты предполагаемого центра пучка.
  • Координаты прямоугольной рабочей области предполагаемого местонахождения пучка.

Оцифрованный кадр с возможным наложением изображения заданных параметров может быть выведен на экран монитора ПК (Рис.3), напечатан или спасен в файл.

ПО управления и обработки данных

Основное прикладное ПО может быть инициализировано с любой консоли любого пульта системы управления комплекса У-70 [1]. Оно по своей организации соответствует правилам и требованиям программной архитектуры СУ [2] и все значения параметров берет из БД реального времени На Рис.4 показан реальный кадр со следом пучка и наложенными на него значениями начальных параметров.

Обработка данных кадра имеет целью найти образ пучка частиц и описать его параметрической формулой эллипса, что удобно для расчетов динамики пучка.

Исходный кадр отображает след пучка под некоторым углом в зависимости от положения камеры и типа ориентации образа (Рис.1). Для перехода в реальные прямоугольные координаты все изображение программно трансформируется в плоскость, перпендикулярную камере (смотри Рис.5), с учетом координат контрольных точек.

Поиск образа пучка ведется итерационно путем сканирования рабочего окна небольшим прямоугольником. Размер прямоугольника увеличивается в каждой итерации до всего окна и результатом поиска является прямоугольная область с максимальной плотностью точек. Значения для параметрической формулы эллипса определяются из анализа положения образа пучка относительно границ найденной прямоугольной области.

Рис.1: Возможные ориентации ТВ образа.
Рис.2: Схема управляющего оборудования.
Рис.3: Графический интерфейс установки параметров.
Рис.4: ТВ кадр с исходными параметрами.
Рис.5: Графическая форма представления результатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В начале сеанса оператор в ручном режиме направляет камеры на экраны и фокусирует их. Используя программу инициализации, он устанавливает яркость, контрастность и отмечает все требуемые точки. После этого система готова к работе с пультов управления с использованием записанных в БД значений параметров.

АТИС была создана в относительно короткие сроки за счет закупки всех аппаратных средств. Это удобный и эффективный инструмент для контроля и настройки режимов работы элементов каналов транспортировки пучка.

Архив картинок для разных камер за длительный период времени оказывает заметную помощь при эксплуатации ускорительного комплекса.

ЛИТЕРАТУРА

[1] V.Komarov, Y.Milichenko, V.Voevodin, V.Yurpalov, "Draft Design Study for the Control System of the U-70 Complex", IHEP&CERN, PS/CO/Note 96-26, Switzerland, Geneve, 1996.

[2] V.Voevodin, "Software architecture of the U-70 Accelerator Complex New Control System", Proceedings of the ICALEPCS'99, Italy, Trieste, 1999, p.457.