DE2618731A1 - Verfahren zur automatischen isolierung von in einem bild enthaltenen figuren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE A. SRÜNECKER

DlPL-ING.

H. KINKELDEY

DR-INQ.

W. STOCKMAIR

*) C Ί Ο "7 *3 1 DR-ING.-AX=(CAOKH

* ^b ' ^{ö Ιό} ' K. SCHUMANN

DR RER NAT.· DIPUfHiS.

P. H. JAKOB

DlPL-INa

G. BEZOLD

MÜNCHEN E. K. WEIL

LINDAU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

28. April 1976 P 10 348

COMMISSARIAT A L¹ENERGIE ATOMIQUE ' 29, rue de la Federation, F-75015 Paris, Frankreich

Verfahren zur automatischen Isolierung von in einem Bild enthaltenen Figuren und Vorrichtung zur Durchführung des

Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Isolierung von Figuren in einem EiId, bei dem die im Bild enthaltene graphische Information mit einer Fernsehkamera in ein aus einer Folge von Zeilen bestehendes Videosignal; umgesetzt wird, wobei jede Zeile selbst aus einem elektrischen Analogsignal mit sich zeitlich ändernder Amplitude besteht, bei dem jede Zeile in regelmässigen Zeitabständen sequentiell getastet wird, um eine geordnete Reihe von Punkten zu erhalten, deren zugehörige, numerische Verte eine Funktion des Graupegels der Punkte des vorliegenden Bildes sind, und bei dem die geordnete Reihe von Punkten in einem Speicher gespeichert wird.

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TELEFON mas» 2228 62 TELEX O5-QB 38O TELEGRAMME MONAPAT

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfxndungsgemassen Verfahrens.'

Zur Verarbeitung und Auswertung bzw. Aufbereitung von Information ist es häufig erforderlich, eine bestimmte Anzahl von Figuren oder Mustern-, die in einem Bild enthalten sind, zu isolieren bzw. äu trennen oder auszusondern, um diese Figuren oder Muster unabhängig voneinander betrachten zu können, und um die Parameter und Werte, die jeder Figur zugehören, automatisch zu berechnen. TJm darüberhinaus diese Figuren besser darzustellen bzw. besser sichtbar zu machen und um zu vermeiden, dass Figuren übersehen bzw. vergessen werden, ist es wichtig, dass die Isolierung bzw. Trennung oder Aussonderung der Figuren automatisch durchgeführt wird, wobei jede Figur des Bildes nach der Verarbeitung bzw. Auswertung gelöscht wird , bevor zu der nächsten Figur übergegangen wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung sind besonders vorteilhaft auf dem Gebiet biomedizinischer Untersuchungen anwendbar, um das automatische Sortieren, Auslesen oder Sichten von Chromosomen (Caryotypen) durchzuführen, die während einer Methaphase fixiert bzw. festgelegt sind. In diesem Falle ergibt die in einem Mikroskop betrachtete Präparation ein Bild mit einer Anzahl von grau abgestuften Schatten auf hellem Untergrund. Dabei tritt die Schwierigkeit bzw. die Aufgabe auf, eine von mehreren Figuren, die demselben Bild zugehören, zu isolieren, zu trennen oder auszusondern, um deren Parameter und Werte zu ermitteln. . ■

Diese Trennung bzw. Isolierung oder Aussonderung von Figuren sollte-möglichst schnell und zuverlässig durchgeführt werden können. Darüberhinaus sollten Speicher mit möglichst kleiner Speicherkapazität, in denen die elektrischen Signale, welche der Abtastung des Bildes entsprechen, gespeichert werden, verwendet werden können, um die Kosten für die Vorrichtung gering zu halten.

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Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und durch die im Anspruch 5 angegebene Vorrichtung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemassen. Verfahrens und der erfindungsgemassen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemässe Verfahren löst die gestellte Aufgabe, wobei gleichzeitig den zuvor erwähnten technischen Erfordernissen genügt wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, die in einem Bild enthaltene, graphische Information,zu speichern, dieses Bild Punkt für Punkt zu tasten, den Speicher mit einem Isolier- oder Trenn-Schaltungsteil zu verbinden, der die Punkte der Figuren vom Hintergrund unterscheidet, und zwar dadurch, dass ein Graupegel-Schwellwert vorgegeben wird. Der Isolier-Schaltungsteil isoliert oder trennt dann die die Figur bildenden Punkte durch Markierung der Wörter im Speicher.

Um die erforderliche Speicherkapazität bzw. die Grosse-des Speichers zur Speicherung der Information zu verringern, wird gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemassen Verfahrens die im Videosignal enthaltene Information vor Speichern der geordneten Reihe numerischer Werte komprimiert. Diese Kompression besteht darin, dass im Speicher zwei Signale mit unterschiedlichen Formaten gespeichert werden, wobei diese unterschiedlichen Formate jeweils in Abhängigkeit davon gespeichert werden, ob der Graupegel bei Abtastung oberhalb oder' unterhalb eines einstellbaren Schwellwertes liegt. Für die Signale für den Hintergrund, d. h. für die Signale, deren Grauwerte unterhalb des Schwellwerts liegen, weist das Wortformat im Speicher eine bestimmte Bitzahl auf, wobei,der Binärwert dieser Anzahl von Bits, die für die Punkte in den Speicher eingegeben werden, gleich der Länge des Zeilenteils ist, der dem Hintergrund entspricht.

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,- Ii- —

Die Jeweilige, unterschiedliche Markierung der Punkte der Figur F- wird weiter eingeschrieben.

Durch diese Kompression der Information ist es möglich* Speicher mit' wesentlich kleinerer Kapazität als bei den herkömmlichen Verfahren su verwenden.

ÜTächdem eine Figur ϊγ des Bildes vollständig isoliert bzw. getrennt worden ist, d. h. nachdem alle dieser Figur entsprechenden Punkte markiert worden sind und nachdem die Figur F_i? die durch Wiedervereinigung aller dieser Punkte erhalten worden ist, dargestellt und ausgewertet bzw. verarbeitet worden ist, werden alle diese Punkte durch eine bestimmte Zahl an im Speicher gespeicherten Bits derart markiert, dass die Punkte dieser Figur oder dieses Musters F- bei der Isolierung weiterer Figuren des Bildes (F^, j / i) als Hintergrundspunkte betrachtet und behandelt .werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Schaltung mit verschiedenen Schaltungsteilen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig, 2 die Darstellung einer von der Fernsehkamera bereitgestellten Videozeile und

Fig. 3 die schematische Darstellung des Isolier-Schaltungsteils gemäss der Erfindung.

Die Vorrichtung zur Isolierung bzw. zum Trennen von in einem Bild 2 enthaltenen Mustern und Figuren enthält eine Fernsehkamera 4, deren Ausgangssignal von einem mit einem Taktgenerator 8 in Verbindung stehenden Umsetzer 6 analysiert wird, der analoge Signale in numerische Signale umsetzt und nachfolgend als Analog-Digital-Umsetzer 6 bezeichnet werden soll. Das am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 6 auftretende Signal läuft durch einen Bildkompressor 10 der üblichen Art, dessen Schwellwert von Hand oder automatisch eingestellt wird, wie dies sym-

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— j ~

bolisch durch den Pfeil 12 in Fig. 1 angedeutet wird. Die am Ausgang des Kompressors Ί0 auftretenden Signale werden einem Speicher 14 zugeleitet. Die Trennstufe 16 verarbeitet die am Ausgang des Speichers 14- auftretenden Signale und führt sie nach der Markierung über die Leitung 18 wieder dem Eingang des Speichers 14 zu. Die Signale gelangen über die Leitung 20 vom Speicher 14 zur Trennstufe 16. Der von Hand zu betätigende Schaltungsteil zur Festlegung des Ursprungs- oder Nullpunktes ist mit dem Bezugszeichen 22 versehen; dieser von Hand zu betätigende Schaltungsteil zur Festlegung des Ursprungs- bzw. Nullpunktes, der über die Einstelleitung 24 von einer Bedienungsperson eingestellt wird, stellt dem Speicher 14 Signale über die Leitung 26 bereit und erhält über die Leitung 28 die Ausgangssignale dieses Speichers 14 zugeleitet. Der Schaltungsteil zum Festlegen der Nullpunkte steht über die Leitung 30 mit der Trennstufe 16 in Verbindung. Die am Ausgang des Speichers 14 auftretenden Signale gelangen zu einem Bild-Dekompressor 32 und dann zu einem Umsetzer 34, der die numerischen Signale in analoge Signale umsetzt (nachfolgend als Digital-Analog-Umsetzer 34 bezeichnet), so dass jedes Muster bzw. jede Figur, beispielsweise die Figur 36, die Teil des Bildes 2 ist, auf einem Fernserhschirm 38 sichtbar gemacht werden kann.

Das von der Kamera 4 bereitgestellte Videosignal, das aus einer Vielzahl von Zeilen besteht, wie dies beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, gelangt von der Kamera 4 zum Analog-Digital-Umsetzer 6. Für jedes Zeilen-Synchronsignal, beispielsweise für das Zeilen-Synchronsignal 40 wird der in Fig. 1 dargestellte Taktgenerator 8 auf Null zurückgesetzt und stellt zwischen den beiden Zeilen-Synchronimpulsen 40 und 44 eine Impulsfolge 42 bereit. Mit diesen Impulsen wird das von der Kamera 4 kommende Videosignal 46 getastet. Beispielsweise werden vierhundert Impulse verwendet, die zwischen zwei Zeilen-Synchronimpulsen vom Takt-, generator 8 bereitgestellt werden. Das Bild 2 wird von einer Standardkamera 4 mit 625 Zeilen im Zeilensprungsverfahren abgetastet bzw. zerlegt. Es ist auch möglich, nur ein Videosignal-Teilbild zu verwenden, um die Vorrichtung zu vereinfachen. Die

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— ο —

Tastung des Bildes 2 besteht also aus vierhundert Punkten pro Zeile und zweihunoertsechsundachtig vollständigen Zeilen, Der Taktgenerator 8 liefert also 286-mal 400 Taktimpulspitzen 45-

Im Analog-Digital-Umsetzer 6 wird das Videosignal mit einer Reihe unterschiedlicher Schwellwerte S, S^, So, S^ verglichen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Der erste Schwellwert S dient der Unterscheidung der Hintergrundspunkte und der einem Bild zugehörigen Punkte. Vorausgesetzt, dass bei der Zeilenabtastung ein nicht signifikanter Teil des elektrischen Signales Hintergrundspunkten entspricht, verwendet man einen Kompressor 10, der dem Speicher 14 nur die Länge der Zeile des Hintergrundes und nicht eine Vielzahl von Punkten für diese Hintergrundspunkte, die keine signifikante, interessante Information enthalten, zuleiten.

Die Unterscheidung zwischen dem Hintergrund und den einer Figur zugehörenden Mveaupunkten erfordert einen Schwellwert S, der über die Leitung bzw. den Pfeil 12 dem Kompressor 10 angelegt wird.

Im Falle, dass auf weissem Hintergrund graue, dunklere Figuren vorliegen, so wird festgelegt, dass ein Niveaupunkt N einer Figur F^ zugehört, wenn K£ S ist und dass umgekehrt der Punkt ein Hintergrundpunkt ist, wenn N < S ist.

Gemäss der Erfindung überträgt man die dem Hintergrund zugehörigen Punkte und die Punkte, die als ETiveäupunkte bezeichnet werden, d. h. die einer Figur F₊ entsprechen, mit zwei unterschiedliehen Formaten. Die Pegelpunkte, bzw. die Mveaupunkte oder die Punkte, die einer Figur zugehören, werden mit einem Format aus N Bits übertragen, wobei der erste Bit ein Anfang&bit ist, der dann, wenn der Punkt ein Hintergrundspunkt ist, den Wert Füll und dann, wenn der Punkt ein Pegelpunkt ist, den Wert Eins aufweist; a Markierungsbits ermöglichen die Markierung aller Punkte, die derselben Figur zugehörigen. Schliesslich legen b Bits für die Pegel bzw. für das Niveau den Graupegel jedes Punktes, der einer Figur zugehört,fest. Bei dem nachfolgend zu beschreiben-

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den Ausführungsbeispiel werden Wörter mit 8 Bits verwendet.

Anfangsbit

Markierung

Pegel

Die Punkte, für die Έ < S ist (also die Hintergrundspunkte), werden. . gezählt und man überträgt "das Ergebnis dieser Zählung mit dem Format:

01 234-567

Länge

Diese Zählung der Hintergrundspunkte und die Angabe in dem zuvor dargestellten Format ermöglicht, dass der Speicher 14- der Vorrichtung gut ausgenutzt wird, bzw. ein kleiner Speicher verv/endet werden kann.

Im Falle, wo die Wortlänge grosser als 128 Punkte ist, wird die Länge mehrmals übertragen.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Signal der Synchronisationszeile in einem besonderen Wort, dem "Separatur" mit folgendem Format geschrieben:

Λ

1

1

1

O

O

Ό

O

und darüberhinaus weist der erste und der letzte Separator folgendes Format auf:

Λ

1

1

1

1

0

0

0

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Wenn dieses Wort erscheint, weiss man, dass ein Zeilen—Synchronimpuls -vorliegt, so dass der Zeilenzähler um eins weitergezählt werden kann.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Speicher 14 ein Speicher mit einer Kapazität von 32 Kilo-Oktets (Koctets). Der Bild-Dekomp,ressor 32 liest die Information wieder aus dem Speicher 14 aus und führt die zur Kompression umgekehrte Operation durch. Der Dekompressor stellt beispielsweise Wörter mit 4 Bits dem Digital-Analog-Umsetzer 34 bereit. Das Videosignalwird auf diese Weise wieder auf dem Bildschirm 38 als Bild darstellt. Während der Verfahrensschritte geht die Hintergrundsinformation verloren, die Punkte der Figuren F-, beispielsweise die Figur 36* werden jedoch normalerweise wiedergewonnen.

Die Trennstufe, deren Arbeitsweise an Hand der Fig. 3 nachfolgend noch genauer beschrieben werden soll, liegt zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Speichers 14.

Der "Markierungs"-Vorgang dient der Markierung, d. h. der Trennung bzw. Isolierung des Punktes, von dem an man Schritt für Schritt die gesamte Figur F^ trennt bzw. isoliert. Der von der Schaltungsstufe 22 getrennte Ursprung- oder Nullpunkt ist irgendein Punkt_; der zu trennenden Figur. Diese Markierung wird an den a Bits des Formats eines Speicherwortes vorgenommen, das einem Punkt der Figur F^ entspricht. Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist zwei Arbeitsweisen auf, nämlich eine automatische Arbeitsweise, bei der der Ursprungspunkt einer ,Figur der erste nicht gelöschte Pegelpunkt ist, der beim Abtasten des Bildes von oben nach unten und von links nach rechts auftritt, und eine Arbeitsweise von Hand, bei der der Ursprungspunkt der erste nicht gelöschte Pegelpunkt ist, der in Koinzidenz mit einer nicht dargestellten Anordnung auf dem Bild auftritt, und der es der Bedienungsperson ermöglicht, den Ursprungspunkt zu kennzeichnen (eine derartige Anordnung ist beispielsweise ein Photo-Schreibstift, ein Achsenkreuz auf einem Bildschirm usw.).

In Fig. 3 ist die Ausführungsform der·Trennstufe dargestellt, die

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in Fig. 1 durch, den Schaltungsblock 16 wiedergegeben ist. Diese Stufe weist im wesentlichen folgende Bauteile auf: Einen Speicher "14-,. einen Speicheradressen-Geber P und Flip-Flops, einen Flip-Flop für die Richtung der Zerlegung, einen Halbbild-Flip-Flop, einen Zeilen-Flip-Flop, einen Trenn-FIip-Flop, ein Schieberegister und Yerknüpfungsglieder, um die Wörter für die nicht getrennten bzw. isolierten Pegel zu markieren und um das gesamte Bild derart abzutasten, dass alle Wörter, die einer Figur F^ dieses Bildes zugehören, durch einen Grenztest markiert werden, im weiteren noch erläutert werden soll.

Jeder Punkt, einer Zeile ist im Speicher durch seine Adresse gekennzeichnet» die in einem Speicheradressen-Geber P (oder einem Zeilenzähler), wie er in Fig. 3 dargestellt ist, enthalten ist. Während des Aufsuchens bzw. der Bestimmung des Ursprungspunktes wird Jedes Mal dann, wenn die Zerlegung einer Zeile ohne Auftreten des Ursprungspunktes beendet ist, ein Register AMIH mit der Adresse des Anfangs der nachfolgenden Zeile geladen, die im Speicheradressen-Geber enthalten ist. Wenn also ein ürsprungspunkt auftritt, so enthält das Register AMIU die Adresse vom Anfang der Zeile, in der der Ursprungspunkt auftritt. Die Reihenfolge des Anfangs für den Trenn- bzw. Isoliervorgang wird von der von Hand zu bedienenden .Vorrichtung für die Festlegung des tlrsprungspunktes über die Leitung.26 und über die Leitung 52. mit dem Wert 1 für die Zerlegungsrichtung bereitgestellt.

Wie bereits erläutert, hat der !renn- bzw. Isoliervorgang den Zweck, die Speicherworte, die eine Figur-wiedergeben, und die im Anfangszustand die Form aufweisen. :. .

1	0	0	0

Markierung

Pegel

in die Speicherworte:

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	O	O	umzusetzen.	ν Markierung	1	/	V Pegel
1

In diesem Fall ermöglichen die Bits 1, 2, 3 der "Pegel"-Worter die Trennung, d. h. zwischen den anderen Punkten, die anderen

Figuren F. zugehören, die Punkte zu unterscheiden, die einer ti

Figur F^ zugehören. In Fig. 3 enthält der Speicher 14 die unterschiedlichen Punkte des in digitaler Form vorliegenden Bildes in komprimierter Form, wie sie von der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung erzeugt werden. .

Der Speicheradressen-Geber P ist ein Zähler, dessen Inhalt die Adresse des in den Speicher gelesenen Wortes ist. Der Flip—Flop für die Zerlegungsrichtung B^ gibt die Sichtung des Fortschreitens an: Wenn der Ausgangswert dieses Flip-Flops 1 ist, liegt ein abnehmendes Fortschreiten vor und der Speicheradressen-Geber P wird um 1 weitergezählt, um das nächste Wort zu lesen. Wenn der Zustand des Flip-Flops 0 ist, liegt ein ansteigendes Fortschreiten vor und der Speicheradressen-Geber P wird um 1 vermindert, um das nächste Wort zu lesen.

Der Trenn-Flip-Flop B₂ befindet sich im ,binären 1 Zustand, wenn der dem geprüften. Punkt vorausgegangene .-Punkt ein Punkt der Figur F^ während des Trennvorganges ist. Anderenfalls weist dieser Flip-Flop den Zustand Hull auf. Das Schieberegister R enthält eine Punktezahl, die gleich der Zahl der vom Taktgeber bereitgestellten Impulse ist. Diese Zahl ist gleich der Punktezahl pro Zeile (die Zahl ist also 400 bei der hier vorliegenden Ausführungsform). Am Ausgang des Schieberegisters S tritt eine binäre 1 auf, wenn der darüberliegende und darunterliegende Punkt der Figur I^ zugehört, wie dies im weiteren noch deutlich werden wird;" anderenfalls tritt am Ausgang des Schieberegisters E eine'

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binäre Hull auf.

Der Flip-Flop "ANF" bewirkt dann, wenn das Schieberegister in Funktion gesetzt wird, dass der Binärwert am Ausgang des Schieberegisters nicht mehr signifikant ist, da jeder Punkt der vorangegangenen Zeile nicht "a priori" der Figur F^ zugehört. Oder anders ausgedrückt, das UND-Glied* UND 7 ist mit dem Eingang des Flip-Flops"ANF" verbunden und wird am Anfang jeder Anfangsreihenfolge auf Null gebracht, derart, dass die Anfangsreihenfolge, die im Schieberegister eingeschrieben ist, nicht für die erste untersuchte Zeile gezählt wird, da für diese erste Zeile kein Punkt der Figur F- isoliert bzw. getrennt worden ist. Der Flip-Flop "ANF" wird am Ende jeder Zeile über die Leitung 54 um 1 zurückgesetzt, so dass das Schieberegister E dann seine richtige Funktion ausüben kann.

Der Zeilen-Flip-Flop BL wird über die Leitung 56 in den Binärzustand 1 versetzt, wenn bei der Zerlegung einer Zeile ein Punkt der Figur F^ festgestellt wird. Wenn am Ende der Zerlegung einer · Zeile am Ausgang des Zeilen-Flip-Flops BL der Binärzustand Null auftritt, muss die Zerlegungsrichtung entweder angehalten oder geändert werden. Diese beiden Vorgänge werden durch die Verknüpfungsglieder INV7, UND8^ XJND9, die am Ausgang des Zeilen-Flip-Flops BL liegen, durchgeführt, wie die's im weiteren noch deutlich wird.·

Der ' Halbbild-Flip-Flop BP wird in den Binärzustand 1 gebracht, ■ wenn ein Pegel isoliert bzw. getrennt worden ist, d. h. wenn im Halbbild j ein Punkt der Figur Έ^ auftritt. Mit diesem Halbbild-Flip-Flop lässt sich das Ende des Teilbildes feststellen (bei dem der Binärwert am Ausgang des Zeilen-Flip-Flops Null ist), wenn man im Teilbild Punkte isoliert .hat.

Der Isolier- bzw. Trennvorgang geht folgendermassen vor sich: Die von Hand zu bedienende Einrichtung zur Festlegung des Ursprungspunktes überträgt dem Speicheradresse-Geber P über die Leitung 50 einen Anfangszustand. Die Zerlegung beginnt am Anfang

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der Zeile, in der sich der Ursprungs- bzw. Nullpunkt befindet und der Speicheradressen-Geber weist den Wert AMIE" auf, also die Adresse des Anfangs der Zeile, in der sich der Ursprungs- bzw. Nullpunkt befindet. Der Flip-Flop Έ>_Λ für die Zerlegungsrichtung wird über die Leitung 52 in den Binärzustand 1 gebracht und man beginnt üblicherweise mit einer abnehmenden Videozeilenzahl, die um eins weitergezählt wird. Der Q?eilbild-Flip-Flop wird über die Leitung 60 durch das ODER-Glied 0DER5 auf den Binärzustand 1 gebracht. Auf diese Weise führt man immer wenigstens zwei Durchgänge durch, einen ansteigenden und einen absteigenden Durchgang. Der Zeilen-Flip-Flop BL wird über das ODER-Glied ODER 4 in den Binärzustand KuIl versetzt, wobei dieser Zeilen-Flip-Flop BL am Arfang der Zerlegung einer neuen Zeile dadurch auf Full zurückgesetzt wird. Der Flip-Flop "AMF" wird über das ODER-Glied ODER 4 auf Null gesetzt, um eine vorausgegangene Null-Zeile zu simulieren (am Ausgang des UND-Gliedes UND 7 tritt während der Zerlegung der ersten Zeile immer eine Null auf). Gleichzeitig wird der Isolier- bzw. Trenn-Flip-Flop B~ über die ODER-Glieder ODER 4 und ODER 2 in den binären Null-Stand versetzt. Dieser Flip-Flop sollte am Anfang der Zerlegung jeder Zeile im Null-Zustand sein, denn vor dem Punkt in der Zeile, der gerade in den Speicher eingelesen wird, tritt kein Punkt der Figur F_i. auf.

Wenn einmal mit dem Trenn- bzw. Isoliervorgang begonnen worden ist, lässt sich die Verarbeitung des vorliegenden Punktes folgendermassen beschreiben: Das in den Speicher 14 eingelesene Wort wird in einem Datenregister R^, das bei diesem Ausführungsbeispiel ein Wort mit 8 Bits enthält, angeordnet. Die Decodierung des Inhaltes dieses Registers wird folgendermassen durchgeführt:

Am Ausgang des UND-Gliedes UND 6 tritt eine binäre 1 auf, wenn die Bits 0, 1, 2 und 3 gleich 1, 1, 1, 1 sind, d. h., wenn man es mit einer Zeilentrennung zu tun hat, am Ausgang des UND-Gliedes UND 1 tritt eine binäre 1 auf, wenn die Bits 1,2, 3 gleich 0, 0, 1 sind,
am Ausgang des UND-Gliedes UND 2 tritt eine binäre 1 auf, wenn

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das gelesene Wort ein nicht isoliertes Pegelwort ist, wobei der am Ausgang des UND-Gliedes UND 2 auftretende Zustand zum •UND-Glied UND 4- gelangt,

am Ausgang des ODER-Gliedes ODER 1 tritt eine binäre 1 auf, wenn der Punkt, der über oder unter dem gerade vorliegenden Punkt liegt, der Figur F. zugehört (das Ausgangssignal des UITD-Gliedes UND 7 = 1)» oder wenn der Punkt, der links oder rechts vom gerade betrachteten Punkt der Figur F^ zugehört (das Ausgangssignal am Trenn-Flip-Flop B2 ist gleich 1); am Ausgang des ODER-Gliedes ODER 6 tritt eine binäre 1 auf, wenn der gelesene Punkt der Figur F- zugehört (d. h. es handelt sich um einen isolierten Punkt, wenn das Ausgangssignal des UND-Gliedes UND 5 gleich 1 ist oder es handelt sich um einen zu isolierenden Punkt, wenn das Ausgangssignal des UND-Gliedes UND 4-gleich 1 ist);

am Ausgang des UND-Gliedes UND 4- tritt eine binäre 1 auf, wenn das ausgelesene Wort ein nicht isoliertes Pegerwort ist und wenn die Grenzbedingung verifiziert ist.

Die Vorgänge, die nach der Decodierung automatisch durchgeführt werden, sind folgende:

Wenn am Ausgang des UND-Gliedes UND 4- eine binäre 1 auftritt, muss das ausgelesene Wort isoliert werden; anderenfalls liest man das folgended Wort aus,

wenn am Ausgang des ODER-Gliedes ODER 6 eine binäre 1 auftritt, ' gehört der ausgelesene Punkt zur Figur F^. In diesem Falle wirä der Trenn-Flip-Flop Bp und der Zeilen-Flip-Flop BL über die Leitungen 56 und 62 in den binären 1-Zustand versetzt. Der Binärwert 1 wird im Falle, eines isolierten Pegelwortes über die Leitung 64· in das Schieberegister eingegeben, wenn am Ausgang des ODER-Gliedes ODER 6 eine binäre Null auftritt, wird über den Inverter INV 5 und das ODER-Glied ODER 2 eine binäre Null in den Isolier-llip-Flop sowie in das Schieberegister eingegeben,

wenn ein Hintergrunds-Wort mit der Lange L^ gelesen wird, werden L^Nullen in das Schieberegister eingegeben, das Teilbild-Register wird in den binären 1-Zustand versetzt, wenn ein Punkt isoliert wird,, d. h. „ wenn am Ausgang des UND-

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- ΛΑ- -

gliedes UND 4 (über das ODER Glied ODER 5) eine binäre 1 auftritt. .

Die kontinuierliche Eingabe der Binärwerte O oder 1 in das Schieberegister, ge nachdem ob das Pegelwort der Figur F₁ zugehört oder nicht, ermöglicht beim Übergang von einer Zeile zur folgenden den Vergleich am Ausgang, wenn das Wort an ein Wort angrenzt, das, je nach der PortSchreitrichtung, darüber oder darunter liegt.

Es ist ersichtlich, dass die Kombination des Isolier-Flip-Flops B2 und des mit den Verknüpfungsgliedern UND 7 und ODER 1 verbundenen Schieberegisters R über die Leitung 70 im Speicher dann und nur dann eine Isolier- bzw. Trennfolge schafft, wenn - für eine gegebene Zerlegungsrichtung, beispielsweise von oben nach unten oder von links nach rechts - der Punkt der Figur F₁ angrenzt, d. h., wenn:.

an einem Punkt

	A
B	Pa.

(P_a)

wenn

Derselbe Vorgang wird in entsprechender Weise durchgeführt, wenn die Zerlegung von unten nach oben und von rechts nach links durchgeführt wird. ·'__'"

Wenn am Ausgange des UND-Gliedes UND 6 eine binäre 1 auftritt, d. h., wenn man bei den vier Bits 0, 1, 2, 3 des Wortes im Register R₁ ein Trennsignal'(also ein Signal 1111) festgestellt hat, wird der Flip-Plop AKF über die Leitung 54- in den binären 1-Zustand versetzt, dann prüft man den Zustand des Zeilen-Flip-Flops und des Teilbild-Flip-Flops«. Wenn am Ausgang des Zeilen-Flip-Flops BL eine binäre Null und am Ausgang des .Halbbild-Flip- ^ Fl ου s eine binäre 1 auftritt, muss die Fort schreit-Richtung geändert werden. Der Halbbild-Flip-Flop BP wird dann in den

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binären Null-Zustand gebracht und es -wird auch der Zeilen-Flip-Flop BL über das ODER-Glied ODER 4- und die Leitung 72 in den binären O-Zustand gebracht. Der Flip-Flop "ANF" wird über die Leitung 74- und das ODER-Glied ODER 4- in den binären O-Zustand und der Trenn-Flip-Flop B~ wird über die Leitung 76 und die ODER-Glieder ODER 2 und ODER 4- ebenfalls in den binären G-Zustand gebracht;

wenn BL = 0 und BP = 0 ist, ist die Isolierung bzw. Trennung beendet und man erhält über das UND-Glied UND 8 und über die Leitung 78 einen Zustand, der das Ende der Trennung bzw. der Isolierung angibt.

Mit der getrennten bzw. isolierten Figur können zahlreiche Parameter berechnet werden:

Es ist möglich, die Fläche der isolierten Figur F^, beispielsweise die Fläche eines Chromosoms zu berechnen, indem ein Zähler jedesmal dann, wenn ein Punkt der Figur F^ isoliert wird, um eins weitergezahlt wird; dieser Zähler ist in der dargestellten Figur nicht wiedergegeben, er kann jedoch in der Leitung 70 liegen, wobei der Zähler jedesmal dann weitergezählt wird, wenn an dieser Leitung 70 ein Impuls auftritt. Dieser Flächenzähler wird bei einem neuem Anfang eines Null- oder Ursprungspunktes auf Null zurückgesetzt und es lässt sich mit einem solchen Zähler die Fläche des Chromosoms ermitteln;

es lässt sich auch die gewichtete Fläche, d. h. die Summe der Graupegel von den Punkten berechnen, die die Figur F^ bilden. Jedesmal, wenn ein Punkt der Figur F_± isoliert bzw. getrennt wird, wird zum Inhalt eines Registers "gewichtete Fläche" der Graupegel des Punktes addiert.

LMIN, LMAX sind die Zahlen der in der Figur F^ enthaltenen Zeilen, die am weitesten oben und um weitesten unten liegen; um diese Zahlen jedesmal dann zu erhalten, wenn man von einer Zeile zur nachfolgenden Zeile übergeht, um den · Null- bzw. Ursprungspunkt mittels der beschriebenen Vorrichtung zur Festlegung des Null- bzw. Ursprungspunktes zu finden, zählt man einen (nicht dargestellten)Zähler LMIN um.eine Einheit weiter. Wenn man dann auf den Null- bzw. Ursprungspunkt einer Figur F^ trifft, enthält

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dieser Zähler LMIN die Nummer äer Zeile, in der sich dieser Null- bzw. Ursprungspunkt, der auch als Anfangspunkt bezeichnet werden kann, befindet. Man gibt in einen zweiten (nicht dargestellten ) Zähler LMAX den Wert des Zählers LMIN am Anfang jedes abnehmendes Fortschreitens ein und zählt den Zähler LMAX jedesmal um eine Einheit weiter, wenn die Zeile beendet ist, bis man die unterste Zeile der Figur F. erreicht hat.

Am Anfang jedes ansteigendes Fortschreitens gibt man den Inhalt des Zählers LMIN in den Zähler LMAX ein und man vermindert den Zählerstand des Zählers LMIN bei jedem Zeilenende um wenigstens eine Einheit, bis die höchste Zeile der Figur F^ erreicht wird. Wenn die Figur F^ vollständig isoliert bzw. getrennt ist, enthalten die Zähler LMIN und LMAX..die gesuchten Werte.

Es ist weiterhin möglich, die Adresse vom Anfang der höchsten ' Zeile und vom Ende der tiefsten Zeile, die in der Figur F^ ent-Γ halten ist, in den Zählern AMIN und AMAX zu speichern bzw. zu zählen. Am Ende der Zerlegung einer Zeile ist der Zahler AMIN mit dem Inhalt des Speicheradressen-Gebers P bei einer ansteigenden Zerlegung und der Zähler AMAX mit dem Inhalt des Speicheradressen-Gebers P bei einer abnehmenden Zerlegung belegt. Wenn die Trennung bzw. Isolierung beendet ist, enthalten die Zähler AMIN und AMAX die gesuchten Werte;

die Werte, die die Abszissenwerte des oder, der Punkte der Figur F., welche dem linken Rand des Bildes am nächsten liegen, und die Abszissenwerte des oder der Punkte, der Figur F^, die vom linken Bildrand am weitesten entfernt sind, darstellen, sind : in den beiden Zählern XMIN und XMAX als ."Zählerstände enthalten. Während der Trennung bzw. der Isolierung der Figur F^ stellt ein nicht dargestellter Abszissengeber in jedem Augenblick die Abszisse des vorliegendes Punktes fest, wenn der vorliegende Punkt der Figur F^ zugehört: Die Abszisse des Zählers XMIN wird mit der Abszisse des Zählers XMAX verglichen: wenn X < XMIN ist, wird X in den Zähler XMIN eingegeben wenn X > XMAX ist, wird X in den Zähler XMAX eingegeben wenn XMIN^X ^XMAX ist, bleiben die Zählerstände der Zähler XMIN und XMAX unverändert.

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An Ende .der Trennung bzw. der Isolierung sind in den Zählern und XMAX die gesuchten Werte als Zählerstände enthalten.

Um den Speicherinhalt, der der Figur F₁ entspricht, einer Ausgabevorrichtung zu übertragen oder mit einem Drucker auszudrucken, wird der Speicherinhalt der Zähler AMIN bis AMAX ausgelesen und es werden alle die Punkte übertragen, deren Abszissen zwischen den Speicherwerten der Zähler XMIU und XMAX liegen.

Nach Auslesen der gespeicherten Inhalte der Zähler AMIN bis AMAX werden' alle getrennten bzw. isolierten Punkte, die in dem Format

1

0

0

T

1 % Pegel t I

vorliegen, in das Format

1

1

0

Λ

1 Pegel

üb ergeführt.

Die Pegelpunkte, deren Bits 1, 2, 3 gleich 1, O, 1 sind, werden als Hintergrundspunkte (gelöschte Punkte) betrachtet. Dann geht man zur Verarbeitung der folgenden Figur über. Die .Vorrichtung zum Feststellen des Ursprungs- bzw. Nullpunktes geht automatisch zur Adresse AMIN der zuvor zerlegten .Figur F^ über, um die Figur F. , zu ermitteln. Man kann dabei natürlich auch die Punkte der Figur F^ überstreichen, dies hat jedoch keine Auswirkungen, da diese Punkte auf Grund des vorangegangenen Markierungsvorgangs gelöscht worden sind. Wenn man auf einen nicht gelöschten Pegelpunkt trifft, wird die neue Markierung durchgeführt, und es wird die Trennung bzw. Isolierung der Figur F^ ₊ ^ vorgenommen.

Das Ende der Bildverarbeitung ist dann erreicht, wenn die Markierungseinrichtung die letzte Trennung des digitalisierten BiI-

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des mit dem !Format:

1

1

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feststellt.

Die Anwendung des erfxndungsgemassen Verfahrens ist natürlich nicht auf die Ermittlung und Isolierung bzw. Trennung von
Chromosomen beschränkt. Das erfxndungsgemasse Verfahren lässt sich auch bei allen Figuren oder Mustern anwenden, die in einem Bild enthalten sind, welches von einer Kamera abgetastet wird»

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Isolierung von Figuren in einem Bild, bei dem die im Bild enthaltene graphische Information mit einer Fernsehkamera in ein aus einer Folge von.Zeilen bestehendes Videosignal umgesetzt wird, wobei jede Zeile selbst aus einem elektrischen Analogsignal mit sich zeitlich ändernder Amplitude besteht, bei dem jede Zeile in regelmässigen Zeitabständen sequentiell getastet wird, um eine geordnete Reihe von Punkten zu erhalten, deren zugehörige, numerische Ve-rte eine Funktion des Graupegels der Punkte des vorliegenden Bildes sind, und bei dem die geordnete Eeihe von Punkten in einem Speicher gespeichert werden, dadurch gekennz eichn et, dass ein einer isolierten Figur des Bildes zugehöriger TJrsprungspunkt gewählt wird, dass durch Markierung mittels eines mit dem Speicher in Verbindung stehenden Isolier-Schaltungsteils alle Figuren-punkte automatisch isoliert werden, deren Graupegel im Bild über einem einstellbaren Schwellwert liegen, dass alle markierten Punkte, die der Figur entsprechen, aus dem Speicher ausgelesen werden und mit diesen Punkten die Figur des Bildes rekonstruiert wird, und dass dann der Isoliervorgang für eine andere Figur mit einem neuen Ursprungspunkt von Neuem beginnt.

   Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen, die den Punkten des Bildhintergrundes entspricht, dessen Graupegel unter dem einstellbaren Schwellwert liegt, vor dem Speichern der geordneten Eeihe von Punkten komprimiert wird, wobei nur ein Signal in den Speicher eingegeben wird, das der Länge eines Zeilenteiles entspricht, der aus nebeneinander liegenden Punkten des Hintergrundes, also aus den Punkten gebildet wird, die dem Graupegel des Bildes entsprechen, welche unter dem einstellbaren Schwellwert liegen.

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   3· Verfahren nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Speicher eingegebenen Punkte, die dieser Figur entsprechen, nach der vollständigen Isolierung der Figur aus dem Bild markiert werden, in dem diese Punkte einen oder mehreren Löschbits mit vorgegebenem Wert, die in dem Format der Punktespeicher enthalten sind, zugeordnet werden, derart, dass diese Punkte der ersten Figur- bei der Isolierung anderer Figuren des Bildes als Hintergrundspunkte behandelt werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ■ zur Isolierung der einzelnen Punkte, die einer Figur F-des Bildes entsprechen, nach der anfänglichen Wahl eines Ursprungspunktes folgende Verfahrensschritte nacheinander ausgeführt werden:

   Eingaben der Adresse des Anfangs der Videozeile, die dem anfänglichen Ursprungspunkt entspricht, in einen Speicheradressengeber,

   sequentielles Auslesen der unterschiedlichen Punkte, die bei der Abtastung der Videozeilen,beginnend von der Videozeile, die dem Ursprungspunkt entspricht, nacheinander auftreten, wobei jeder Speicherpunkt einem Wortformat mit ET Bits zugeordnet ist, der Wert eines ersten Bits einem Anfang entspricht, bei dem das Wort einem Punkt entspricht, der ein Hintergrundspunkt oder ein Figurenpunkt (mit einem Wert oberhalb des Schwellwertes) ist, a Bits zur Markierung der Isolation und b Bits zur Zuordnung eines Graupegels, der dem Grauwert des Bildes entspricht, zu jedem Punkt verwendet werden, _

   Feststellen, ob der Punkt dem Hintergrund zugehört, und zwar mittels eines Verknüpfungsgliedes durch Prüfen des-ersten Anfangsbits des Punkts, "

   Feststellen, ob der ausgelesene Punkt als Punkt der Figur (F-) markiert ist, d- h., ob ein "Pegel"-Wort isoliert ist, und" zwar durch Prüfen der a Bits des Formats mittels Verknüpfungsgliedern, Auslesen des nachfolgenden Worts der Videozeile aus dem Speicher, wenn sich bei der Prüfung des

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   ersten Anfangsbits für den ausgelesenen Punkt herausgestellt hat, dass dieser Punkt ein Hintergrundspunkt ist, .Feststellen, ob einer der beiden nebeneinanderliegenden Punkt, d. h. der.zuvor untersuchte Punkt oder der in einer benachbarten Zeile enthaltene Punkt, der im selben Rang im Speicher gespeichert ist, der Figur F^ zugehört, wenn sich bei der Prüfung des ersten Ansatzpunktes für den ausgelesenen Punkt herausstellt, dass dieser Punkt ein "Pegel^Tt-Punkt ist, und wenn dies der Fall ist, Markieren der a Isolierbits des Wortes, das diesem Pegelpunkt entspricht,¹ um im Speicher zu speichern, dass dieser Punkt ein aus der Figur . F^.isolierter Pegelpunkt ist, Auslesen der Speicherstellen, die den verschiedenen aufeinanderfolgenden Zeilen entsprechen·, bis eine Zeile auftritt, die keinen Pegelpunkt enthält, wobei in diesem Falle dann der Vorgang in einem Halbbild mit entgegengesetzter Richtung zur vorangegangenen Richtung von Neuem beginnt, d. h., dass der Absolutwert der Weiterzählung der untersuchten Videozeilen geändert wird, bis ein Halbbild auftritt, das keinen Pegelpunkt enthält, wobei in diesem Falle dann die Pegelwörter, die den isolierten Punkten der Figur 'F^.- entsprechen, aus dem Speicher ausgelesen werden.

   5· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer ein Bild abtastenden ■Videokamera v. die ein aus einer Folge von'Videozeilen bestehendes Videosignal liefert, einem Taktgenerator, einem Analog-Digital-Umsetzer, "dessen Eingang, das Videosignal zugeführt wird, Schaltungsteile, um :das-Videosignal bei ^edem vom Taktgenerator bereitgestellten Impuls zu tasten, Schaltungsteile, um die Amplitude jedes Tastwertes des Videosignals mit wenigstens einem elektrischen Schwellwert mit einstellbarer Grosse zu vergleichen, und einem Speicher, dem die Ausgangssignale der Vergleichseinrxchtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltungs (22) zur Wahl eines Ursprungspunktes einer Figur F^ , die dem Bild zugehört, und ein IsoIierschaltungsteil (16) · vorgesehen ist, das in den Speicherworten, die den verschie-

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   denen Punkten einer Isolierten Figur F-.'■ entsprechen, die charakteristischen Markierungsbits beim Auftreten von Punkten cLes Bildes, markieren.

   Vorrichtung nach Anspruch 5> gekennzeichnet durch einen zwischen dem Analog-Digital-Umsetzer (6)und_/ dem Speieher (14) liegenden Bildkompressor (10)'.

   7- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, gekennzeichnet durch die Reihenschaltung eines mit dem Ausgang des Speichers (14) verbundenen Bild-Dekompressors (32), eines Digital-Analog-Umsetzers (34) und eines Fernsehbildschirmes (38)» mit dem die aus den im Bild enthaltenen Figuren "F^ isolierten Bildern (36) nacheinander sichtbar gemacht werden können.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7■> dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierschaltungsteil (16) folgende Schaltungseinrichtungen aufweist:

   einen Flip—Flop (B,-,) für die Zerlegungsrichtung, der mit einem mit dem Speicher (14) in Verbindung stehenden Speicheradressengeber (P) verbunden ist,

   ein Datenregister (E,,), das zwischenzeitlich und nacheinander jedes Pegelwort, das einem Speicherpunkt: entspricht, speichert, wobei dieses Vort Ή Bits umfasst,· ein Bit einem Anfang entsprechend dem untersuchten Punkt entspricht, der einem Hintergrundspunkt oder einem Figurenpunkt entspricht, a Bits zur Markierung der Isolierung und b Bits dazu verwendet werden, um jedem Punkt einen Gräüpegel, der dem Grauwert des dem Bild entsprechenden Punktes entspricht, zuzuordnen, mit den a Bits des im Datenregister (E^) gespeicherten Worts verbundene Verknüpfungsglieder, die feststellen, ob das "Pegel"-Wort ein "isoliertes" Pegelwort ist, d. h. ab das Pegelwort der Figur (F^) zugehört,

   Schaltungsstufen mit einem Schieberegister (E) und einem Isolier-Flip-Flop (B₂), denen die Ausgangssignale der Verknüpf ungsglieder zugeführt werden, um die Grenze des iso-

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   olierten Pegelwortes bezüglich zweier anderer Wörter der Figur (F^) festzustellen, wobei die untersuchten Grenzwörter das zuvor untersuchte Wort und das Wort vom selben Rang ist, der der zuvor untersuchten Videozeile entspricht, eine Schaltungsstufe mit einem "ZEILEN"-Flip-Flop (BL), der die Ausgangssignale der Verknpüfungsglieder zugeführt erhält, und für jede Zeile,mit einem; isolierten Punkt, der der Figur (F-) zugehört, ein Signal mit positivem Wert bereitstellt, wobei der Ausgang des "ZEILEN"-Flip-Flops (BL) mit dem Flip-Flop (B^) für die Zerlegungsrichtung verbunden ist,

   ein "HALBBILD"-Flip-Flop (BP), dem die Ausgangssignale der Verknüpfungsglieder zugeleitet v/erden, und der für jedes Halbbild, in dem ein der Figur (F^) zugehöriger Pegelpunkt isoliert worden ist, ein Signal mit positivem Wert am Ausgang bereitstellt, wobei der Ausgang des "HALBBILD"-Flip-Flop (BP) mit dem Flip-Flop (B^) für die Zerlegungsrichtung verbunden ist, und

   einen "ANFANGS"-Flip-Flop (ANF), der durch ein Signal für den Anfang der Zerlegung in den binären Null-Zustand und durch ein Signal für das Ende einer Videozeile in den binären Eins-Zustand versetzt wird, wobei der Ausgang dieses Flip-Flops (ANF) mit einem UND-Glied (UND 7) in -Verbindung steht, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Schieberegisters (R) verbunden ist.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein UND-Glied (UND 6), dessen Eingängen die a Bits des im Datenregister (Ryj) gespeicherten Pegelworts zugeführt werden, und dessen Ausgang mit einem Eingang'des "ANFANGS"-Flip-Flops (ANF) verbunden ist. · . - "

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch Schaltungsteile, um die Fläche_j jeder Figur (F^) nach der Isolierung und die gewichtete Fläche jeder Figur (F-) zu berechnen.

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