Программные средства построения систем обработки снимков с современных пузырьковых камер на основе ЭЛТ-автомата тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

АВТОМАТА МЗДАС .II

1.1. Функциональная схема прибора и его узлы.II

1.2. Программируемый спецпроцессор.

1.3. Синтаксис языка ассемблера спецпроцессора

1.4. Реализация ассемблера.

1.5. Программные средства, обеспечивающие взаимодействие ЭВМ и прибора

1.5.1. Уровень внешнего устройства

1.5.2. Уровень физического прибора.

1.5.3. Уровень абстрактного прибора

ГЛАВА П. СИСТЕМА ТЕСТОВ АВТОМАТА МЭЛАС

2.1. Функциональное наполнение

2.2. Системное наполнение

2.2.1. Подсистема"оператор".

2.2.2. Подсистема "инженер"

2.3. Реализация системного наполнения

2.4. Контроль прибора на этапе эксплуатации системы

ГЛАВА Ш. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МЭЛАСА.

3.1. Задачи измерительной системы.

3.2. Технология разработки программ.

3.3. Программные средства для работы со структурами данных

3.3.1. Базисные операции

3.3.2. Реализация базисных операций

3.3.3. Процедура обхода дерева

3.4. Программная поддержка технологии разработки программ.

ГЛАВА 17. СИСТЕМА ОБРАБОТКИ СНИМКОВ С КАМЕРЫ йсвс

НА ОСНОВЕ АВТОМАТА МЭЛАС

4.1. Схема функционирования системы.

4.2. Предварительные измерения.

4.3. Измерение событий на МЭЛАСе

4.4. Процедура измерения

4.5. Точностные характеристики системы

4.6. Производительность и другие характеристики системы.

Цузырьковые камеры сыграли фундаментальную роль в изучении взаимодействий в области физики высоких энергий. Проблема автоматизации обработки фильмовой информации возникла в конце 50-х-начале 60-х годов с появлением так называемых классических пузырьковых камер, позволяющих получать миллионы снимков в год. Начальный период автоматизации обработки снимков характеризовался бурным развитием измерительных устройств и методов обработки фильмовой информации. В начале 60-х годов были разработаны и созданы такие приборы для измерения снимков как нрб, эй, приборы на основе ЭНТ-рере, роьы-1. Во многих физических центрах появились системы обработки фильмовой информации с классических пузырьковых камер. Небольшая энергия, простая топология событий, хорошее качество снимков позволили создать высокопроизводительные системы обработки, способные измерять до 100 событий в час. В это же время много усилий было приложено к созданию полностью автоматических систем обработки

Однако с ростом энергий и появлением больших пузырьковых камер оказалось, что приборы и методы, развитые для классических камер, не удовлетворяют возросшим требованиям, предъявляемым к системам обработки снимков с больших пузырьковых камер. Применение широкоугольной оптики, большая неоднородность магнитного поля и, наконец, значительное усложнение изображений на снимке поставили ряд новых сложных проблем перед системами обработки фильмовой информации. Их решение осуществлялось по двум направлениям: развивались методы обработки изображений и совершенствовались измерительные приборы. Так, в ИФВЭ в 1975 году была начата обработка снимков с камеры "Мирабель" с использованием автоматов ни>. Для того, чтобы организовать обработку снимков с камеры "Мирабель" на нрб, цришяось, по существу, создать совершенно новую систему обработки

Второе направление, связанное с развитием ЭЛТ-автоматов, в 70-х годах пшо по пути увеличения роли оператора в измерительном процессе. В это время были созданы такие ЭЕТ-автоматы, как ЕКАНИЕ, роььу-з и др. Характерной особенностью этих ЭЛТ-автоматов является наличие развитых средств отображения графической информации, используя которые оператор активно участвует в измерительном процессе. В созданных системах обработки на основе 31Т--автоматов ЭВМ берет на себя наиболее рутинную часть измерительного процесса (измерение реперных меток, треков, характерных точек и т.п.), а оператор привлекается для решения таких сложных задач, как распознавание событий, классификация характерных точек, контроль измерений и т.п., которые до настоящего времени практически не поддаются автоматизации. Такой подход к построению измерительных систем обеспечивает высокое качество измерений и приемлемое время обработки экспериментов.

Дальнейшее развитие средств обработки фильмовой информации связано с появлением гибридных систем. Потребность в изучении редких процессов, сложная топология взаимодействий при энергиях современных ускорителей и, главное, необходимость в точном определении импульсов частиц высоких энергий сделали проблематичной использование традиционной пузырьковой методики для изучения физических явлений. Однако, создание быстроциклирующих пузырьковых камер и использование их в гибридных системах в качестве вершинных детекторов позволили объединить достоинства пузырьковых камер и электронных трековых детекторов. Одной из таких гибридных систем является Европейский Гибридный Спектрометр (ЕГС) созданный при участии ИФВЭ для экспериментов на 400 ГэВ ускорителе ЦЕРН'а. При обработке снимков с быстро-циклирующих пузырьковых камер перед системами обработки фильмовой информации возникает ряд дополнительных проблем. Рост требований к измерительным системам связан с тем, что увеличение энергии приводит к резкому увеличению множественности вторичных частиц, большинство из которых локализованы в узком переднем конусе. При этом треки, образующие конус, в малом объеме камеры практически сливаются на всем поле снимка, начиная медленно расходиться лишь к его краям. Дополнительно к этому задачи обработки осложняются наличием большого числа фоновых треков и треков с малой плотностью пузырьков. Комплексное решение этих проблем позволило создать в ИФВЭ систему обработки снимков с современных пузырьковых камер на основе ЭЛТ-автомата МЭ1АС, разработка аппаратуры и создание программного обеспечения которого были полностью выполнены в ИФВЭ.

Как показывает опыт зарубежных /35,40/ и отечествен ных /42,43/ разра(зоток измерительных систем на основе ЭЛТ-ав-томатов, создание системы обработки представляет собой длительный и трудоемкий процесс, в ходе которого можно выделить /4/ четыре этапа ' ' :

- разработка очередного варианта системы;

- реализация очередного варианта или модификация старого;

- наладка очередного варианта;

- пробная экспликация системы.

Так, при создании комплекса МЭ1АС был реализован ряд версий программного обеспечения /5,8,10/^ принципиально отличающихся друг от друга как по структуре, так и по функциональным возможностям.

В настоящей диссертации обобщается опыт создания систем обработки на основе ЭЛТ-автомата МЭ1АС и описываются элементы программного обеспечения, созданные при непосредственном участии автора.

На основе этого программного обеспечения автором совместно с Никитиным С.Г. реализована система для измерения снимков с быстроциклирующей пузырьковой камеры rcbc, полученных в эксперименте по исследованию К*р, 5Г4 р -взаимодействий и взаимодействий на ядрах А1 и Аи црИ 250 ГэВ/с на Европейском Гибридном Спектрометре (na-22).

Разработанное автором программное обеспечение использовалось также при создании унифицированной системы обработки снимков с камеры "Мирабель" на базе hpd

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы.

Основные результаты диссертации можно сформулировать следующим образом:

1. Создана и сдана в эксплуатацию измерительная система " для обработки снимков с быстроциклирующей пузырьковой камеры исвс. Данная система обеспечивает производительность автомата МЭЛАС на уровне 60 проекций в час, что соответствует годовой . производительности в 25 тысяч событий.

2. Исследована и реализована аналоговая мода измерения на снимках с современных пузырьковых камер, показаны её преимущества перед традиционной координатной модой измерения.

3. Разработан метод реализации систем программирования спецпроцессоров, основанный на использовании интерпретатора с языка высокого уровня. На основе этого метода реализована система программирования спецпроцессора автомата МЭЛАС.

4. Предложена схема синтаксически управляемого диалога, предназначенная для единого описания систем, реализующих различные типы диалога. В соответствии с этой схемой реализованы диалоговые подсистемы для тестирования автомата МЭЕАС и обеспечения диалога с ЭВМ оператора, участвующего в измерительном процессе.

5. Дяя обеспечения гибкости работы с измерительными структурами разработан способ разделения физического представления измерительных структур от их логического представления. Реализовано четыре независимых набора подпрограмм обеспечивающих различные представления измерительных структур.

6. Предложена технология программирования управляющих программ для обработки и преобразования измерительной информации. В основу технологии положен принцип идентичности структуры программы структуре обрабатываемой ею информации.

В заключение автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, старшему научному сотруднику кандидату физико-математических наук, С.Г. Никитину - за общую постановку задачи и большую помощь при её выполнении; начальнику Отдела Экспериментальных Исследований на Пузырьковых Камерах, доктору физико-математических наук, П.В. Шляпникову - за постоянное внимание к работе, ценные советы и доброжелательную критику; а также всем коллегам, участвовавшим в создании МЭЕАС - системы и запуске её в эксплуатацию - за помощь и поддержку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ИФВЭ создана и успешно санкционирует высокопроизводительная система измерения снимков с быстроциклирутощей пузырьковой камеры на основе ЭЛТ-автомата МЭЛАС. При решении этой задачи были преодолены значительные трудности, вызванные осо- „ бенностями экспериментов на гибридных установках.

С момента сдачи в эксплуатацию на автомате МЭЛАС измерено около 26 тысяч событий (до 82-лучевых включительно) в тт*А? и К^Мли -взаимодействиях при 250 ГэВ/с.

1. Proc. of 1.t. Conf. of Data Handling System in High Energy Physics. Cambridge, 1970, vol. 1,2.

2. А.А.Боровиков и др. "Использование автомата hpd для обработки снимков с камеры "Мирабель" в БГ^р-эксперименте при 32 ГэВ/с". ДТЭ, & 2, 1979, стр. 63.

3. W.W.Allison et al. CERH/SPSC/75-15/P42, Geneva, 1975.

4. С.Г.Никитин. Авт. дисс. на соиск. уч. степени канд. физ.-мат. наук. Серпухов, 1980.

5. В.Б.Аникеев, В.А.Бережной, А.Г.Дайковский, В.П.Жигунов, В.А.Зотов, Е.В.Крютченко, В.А.Куликов, Н.С.Куркина,

6. В.А.Бережной, В.П.Жигунов, С.Г.Никитин, "Математические аспекты распознавания снимков с пузырьковых камер". Препринт ИФВЭ,80-86, Серпухов, 1980.

7. В.А.Бережной, В.П.Жигунов, Е.В.Крютченко, С.А.%хин,

8. C.Г.Никитин, Б.А.Уточкин. "Процедура измерения снимков с пузырьковой камеры ВЕВС на автомате МЭЛАС". Препринт ИФВЭ, 80-98, Серпухов, 1980.

9. В.А.Бережной, Е.В.Крютченко, С.Г.Никитин, Б.А.Уточкин. "Специальный процессор измерительной системы МЭ1АС и его программирование". Препринт ИФВЭ, 82-15, Серпухов, 1982.10,1.