DD249781A1

DD249781A1 - MACHINAL ANALYSIS OF VEGETABLE CHROMOSOMES IN BIOTECHNOLOGY AND RESEARCH

Info

Publication number: DD249781A1
Application number: DD29096786A
Authority: DD
Inventors: Guenter Senf; Westphal; Reinhard Kanther
Original assignee: Inst Zuechtungsforschung Quedl
Priority date: 1986-06-05
Filing date: 1986-06-05
Publication date: 1987-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der digitalen Bildverarbeitung, welches charakterisiert ist durch die Eingabe bewerteter Koordinaten am Abtastgeraet, den Bilddatentransfer zum Wirtsrechner und zum Aufzeichnungsgeraet, die Ausgabe beschrifteter Karyogrammbilder auf Display oder Hardcopy. Dazu werden die Chromosomen im Wirtsrechner automatisch beschriftet, aufgerichtet, einer Profilanalyse unterzogen, die Positionen primaerer und sekundaerer Einschnuerungen sowie Lage und Breite von Banden bestimmt und einer Homologisierung bzw. Klassifizierung mit Hilfe spezieller Methoden (wie rekursiv berechneter Standards) unterworfen. Das Verfahren ist bei beliebigen Objekten nach homogener, differentieller sowie sequentieller Faerbung universell anwendbar und nicht an spezielle Hardwareloesungen zur Bildabtastung und -aufzeichnung gebunden.The invention relates to a method of digital image processing, which is characterized by the input of evaluated coordinates on the scanner, the image data transfer to the host computer and the recording device, the output of labeled Karyogrammbilder on display or hard copy. For this purpose, the chromosomes are automatically labeled in the host computer, erected, subjected to a profile analysis, determines the positions of primary and secondary Einschnuerungen and position and width of bands and subjected to homologation or classification using special methods (such as recursive calculated standards). The method is universally applicable to any object after homogeneous, differential and sequential coloring and not bound to special hardware solutions for image scanning and recording.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung ist besonders in der Biotechnologie und Züchtungsforschung aber auch überall dort anwendbar, wo es als Grundlage für Entscheidungen bzw. zur Beurteilung des Effekts durchgeführter Maßnahmen darauf ankommt, den chromosomalen Status von Zellen, Geweben oder Pflanzen quantitativ zu bewerten. Eine Anwendung auf folgenden Einsatzgebieten ist möglich und zweckmäßig:The invention is particularly applicable in biotechnology and breeding research but also wherever it is important as a basis for decisions or to assess the effect of measures carried out to quantitatively assess the chromosomal status of cells, tissues or plants. An application in the following fields of application is possible and expedient:

— Karyotypanalyse bei- Karyotype analysis at

• Art- und Gattungsbastarden• Species and genus bastards

• Auto-und Allopolyploiden• Auto and Allopolyploids

• Haploiden und DH-Pflanzen• Haploids and DH plants

• Somaklonen• Somaclones

• androgenetisch erzeugten Pflanzen• androgenic plants

— Nachweis der chromosomalen Konstitution bei- Proof of chromosomal constitution at

• Additions-und Substitutionslinien •Aneuploiden und Mixoploiden• Addition and substitution lines • Aneuploids and Mixoploids

• chromosomal manipuliertem Material• Chromosomally manipulated material

— Analyse chromosomaler Aberrationen wie- Analysis of chromosomal aberrations such as

• Translokationen• Translocations

• Deletionen und Defizienzen• Deletions and deficiencies

— Erarbeitung von Standardkaryotypen nach- Development of standard karyotypes according to

• homogener Färbung• homogeneous coloring

• unterschiedlichen Banding-Techniken sequentieller Färbung• different banding techniques of sequential staining

— Bearbeitung karyomorphologischer Zusammenhänge- Processing of karyomorphological relationships

— Untersuchung cytotaxonomischer und evolutionistischer Fragestellungen.- Examination of cytotaxonomic and evolutionistic questions.

Hinsichtlich der Objekte sind keine Einschränkungen bekannt. Eine Anwendung der Erfindung in der maschinellen Analyse tierischer und menschlicher Chromosomen erscheint möglich. Teile der Erfindung lassen sich auf verschiedenen Gebieten technischer Bildanalyse nutzen.With regard to the objects, no restrictions are known. An application of the invention in the automated analysis of animal and human chromosomes appears possible. Parts of the invention can be used in various fields of technical image analysis.

Characteristic of the known state of the art

Trotz wachsender Anforderungen an Umfang und Qualität der Chrömosomenanalysen in Biotechnologie und Züchtungsforschung sind keine Lösungen bekannt, mit denen dieser Prozeß unter Nutzung von Verfahren zur maschinellen Bildverarbeitung umfassend zu automatisieren ist.Despite growing demands on the scope and quality of chromosome analysis in biotechnology and breeding research, no solutions are known that will fully automate this process using machine vision processing techniques.

Die konventionelle Analyse somatischer Chromosomen ist technisch dadurch charakterisiert, daß von den interessierenden Metaphasen mikrofotografische Aufnahmen hergestellt, die Chromosomen manuell vermessen, wichtige Merkmale visuell bestimmt und die Chromosomen dann anhand der erfaßten Merkmale, durch den visuellen Vergleich mit Standards sowie die Nutzung subjektiver Erfahrungen homologisiert und klassifiziert, aberrante Chromosomentypen ermittelt und auf manuellem Wege Karyogramme zusammengestellt werdenConventional somatic chromosome analysis is technically characterized by microphotographic images of the metaphases of interest, manually measuring chromosomes, visually determining important features, and then homologizing the chromosomes by the features detected, by visual comparison with standards, and by the use of subjective experience classified, aberrant chromosome types are determined and manually categorized karyograms

Durch die Erfindung werden folgende Mängel der konventionellen Chromosomenanalyse überwunden: The invention overcomes the following shortcomings of conventional chromosome analysis:

— hoher Aufwand für die manuelle Vermessung der Chromosomen- high effort for the manual measurement of the chromosomes

— Ungenauigkeiten und subjektive Differenzen bei der Fixierung der Meßpunkte- Inaccuracies and subjective differences in the fixation of the measuring points

— kaum lösbare Probleme bei der Vermessung der Bandenpositionen und Bandenbreiten- hardly solvable problems in the measurement of the band positions and band widths

— Ungenauigkeiten bei der Ermittlung der Bandenintensitäten durch Schätzung , . .- Inaccuracies in determining band intensities by estimation,. ,

— Meß-und Schätzungsungenauigkeiten durch Shadingeffekte- Measurement and estimation inaccuracies due to shading effects

— Meßungenauigkeiten bei gekrümmten Chromosomen- Measurement inaccuracies in curved chromosomes

— hoher Aufwand für die Homologisierung und Klassifizierung anhand der Meßwerte und durch visuellen Vergleich- High effort for the homologation and classification based on the measured values and visual comparison

— Ungenauigkeiten und subjektive Differenz bei der Paarbildung und Typzuordnung- Inaccuracies and subjective difference in pairing and type assignment

— hoher Aufwand und Unsicherheiten bei der Erstellung von Standards- high effort and uncertainty in the creation of standards

— hoher Aufwand für die manuelle Zusammenstellung von Karyogrammen- high effort for the manual compilation of karyograms

— nicht ausreichende Genauigkeit insbesondere bei der Analyse differentiell gefärbter ChromosomenInsufficient accuracy, especially in the analysis of differentially stained chromosomes

— geringe Verfügbarkeit und hoher Aufwand bei der Nutzung von Dateien.- Low availability and high effort in the use of files.

Neben dem Verfahren zur konventionellen Chromosomenanalyse sind im Institut für Züchtungsforschung Quedlinburg der AdL der DDR Möglichkeiten zur Teilautomatisierung der pflanzlichen Chromosomenanalyse unter Nutzung von Methoden der automatischen Bildverarbeitung entwickelt worden. Der dabei erreichte aktuelle Stand ist in verschiedenen internen Forschungsberichten dargestellt. Eine schutzrechtliche Sicherung von Lösungen zur pflanzlichen Chromosomenanalyse ist nicht erfolgtIn addition to the procedure for conventional chromosome analysis, methods for the partial automation of plant chromosome analysis using methods of automatic image processing have been developed in the Institute for Breeding Research Quedlinburg of the AdL of the GDR. The current status achieved is shown in various internal research reports. An intellectual property protection of solutions for plant chromosome analysis has not taken place

Durch die Erfindung werden folgende Nachteile der teilautomatisierten Chromosomenanalyse überwunden: The invention overcomes the following disadvantages of semi-automated chromosomal analysis:

— Nutzung von Bildverarbeitungstechnik ausschließlich auf der Basis integrierter Klein- und Mikrorechner- Use of image processing technology exclusively on the basis of integrated micro and small computers

— geringe Kernspeicherkapazität- low core storage capacity

— begrenzte Kapazität und Zugriffsmöglichkeit zu peripheren Speichern- limited capacity and accessibility to peripheral storage

— geringe Rechengeschwindigkeit bei nicht-speziellen arithmetischen und geometrischen OperationenLow computation speed for non-specific arithmetic and geometric operations

— aufwendige systemgebundene Software bei geringer Laufzeit des Systems- complex system-bound software with a short runtime of the system

— fehlende Portabilität . ' .- lack of portability. '.

— hohe Aufwendungen bei Systemwechsel.- high expenses for system changes.

• Ziel der Erfindung - Object of the invention

Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zur maschinellen Analyse pflanzlicher Chromosomen in Biotechnologie und Züchtungsforschung für das unter Punkt 2 dieser Patentschrift genannte Anwendungsgebiet zu schaffen, mit dem die unter Punkt 3 dieser Patentschrift aufgeführten Mängel der bisherigen Verfahren überwunden werden und welches folgende Vorzüge aufweist:The object of the invention is to provide a method for the automated analysis of plant chromosomes in biotechnology and breeding research for the field of application mentioned under point 2 of this patent, which overcomes the deficiencies of the previous methods listed under point 3 of this patent and which has the following advantages:

— weitgehend automatisierte Durchführung- largely automated implementation

— Wahl verschiedener Abarbeitungsvarianten entsprechend der Aufgabenstellung- Choice of different processing variants according to the task

— Markierung auszuwertender Bildteile zur Steuerung der VerarbeitungMarking of image parts to be evaluated for controlling the processing

— Erfassung der unteren und oberen Grauwertschwelle der Objekte zur automatischen Segmentierung- Detection of the lower and upper gray value threshold of the objects for automatic segmentation

— Anwendbarkeit bei verschiedenen pflanzlichen Objekten- Applicability for various plant objects

— Einsetzbarkeit nach homogener, differentieller und sequentieller Färbung- Usability according to homogeneous, differential and sequential coloring

— Verwendung exakter geometrischer und fotometrischer Meßwerte zur Analyse- Use of exact geometrical and photometric data for analysis

— Betrieb des Abtast- und Aufzeichnungsgerätes an einem Wirtsrechner- Operation of the scanning and recording device to a host computer

— Verarbeitung der anfallenden Daten im Wirtsrechner mit- processing of the accumulating data in the host computer with

• hoher Kernspeicherkapazität• high core storage capacity

• geringer Zugriffszeit auf periphere Massenspeicher• low access time to peripheral mass storage

• guten Möglichkeiten zur Archivierung und Verwaltung großer Datenmengen• Good possibilities for archiving and managing large amounts of data

• effektiven Optionen zur Lösung komplizierter mathematischer Zusammenhänge• effective options for solving complicated mathematical relationships

• hohen Serviceleistungen im geschlossenen Rechenbetrieb• high services in closed computing mode

— Unabhängigkeit von speziellen Abtast-, Rechner- und Aufzeichnungssystemen- Independence from special scanning, computer and recording systems

— gesteigerte Meßgenauigkeit durch Bildverbesserung, Chromosomenstreckung und -drehung- Increased accuracy by image enhancement, chromosome stretching and rotation

— Verarbeitung von Chromosomen mit getrennt liegenden Statelliten- Processing of chromosomes with separated statellites

— Profilanalyse nach unterschiedlichen Algorithmen- Profile analysis according to different algorithms

— objektive und reproduzierbare Verarbeitungsergebnisse- objective and reproducible processing results

— hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit auch bei komplexen Anforderungen- high processing speed even with complex requirements

— vielfältige Möglichkeiten zur Homoiogisierung und Klassifizierung- various possibilities for homoiogisation and classification

— expertenunterstützte Klassifizierung durch Verwendung von Typstandards der BibliothekExpert-supported classification using library type standards

—Klassifizierung von Chromosomen nach temporären Standards mit Hilfe eines lernenden Systems-Classification of chromosomes to temporary standards using a learning system

— vollautomatische Erstellung von informativen Karyogrammblättern (Hardcopy) als- fully automatic creation of informative karyogram sheets (hardcopy) as

• einfaches Karyogramm• simple karyogram

• Profilkaryogramm• profile caryogram

• Chromosomenreihung• Chromosome sequence

— Ausgabe der Karyogramme auf Farbmonitor- Output of the karyograms on color monitor

— Reduzierung der Abhängigkeit vom Spezialisten bei der Chromosomenanalyse im Routinebetrieb- Reduction of dependence on specialists in routine chromosome analysis

— hohe Geräteauslastung durch geteilte Verarbeitung- high equipment utilization due to shared processing

— modularer Aufbau und damit Möglichkeit der Anpassung an neue Anforderungen ohne detaillierte Kenntnisse des Systems- Modular design and thus possibility of adaptation to new requirements without detailed knowledge of the system

— Kombination von mikroskopischen, mikrofotografischen, Bildverarbeitungs- und Filmentwickiungsgeräten zu einem Komplex mit gegenüber den Einzelgeräten deutlich erhöhten Gesamteffekt- Combination of microscopic, photomicrographic, image processing and film processing equipment to a complex with respect to the individual devices significantly increased overall effect

— erheblicher ökonomischer Nutzen.- significant economic benefits.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

(1) Das Verfahren „Maschinelle Analyse pflanzlicher Chromosomen in Biotechnologie und Züchtungsforschung" wurde im Frühjahr 1986 erfindungsgemäß fertiggestellt. Es ist eine hierarchisch zusammengestellte Sammlung von Einzelverfahren. Das Gesamtverfahren bietet dem Nutzer an mehreren Schnittstellen Interaktionsmöglichkeiten. Diese Schnittstellen liegen jeweils zwischen einzelnen Verfahrenskomplexen. Diese Komplexe sind: '(1) The procedure "Machine Analysis of Plant Chromosomes in Biotechnology and Breeding Research" was completed according to the invention in the spring of 1986. It is a hierarchical compilation of individual methods.The overall method offers the user interaction possibilities at several interfaces Complexes are: '

— Herstellen eines Verfahrensgrundzustands mit Hierarchiekontrollen- Establish a process ground state with hierarchy controls

— Aufnahme von Bildabtastdaten und Aufbau eines Metaphasebildes- Recording of image sampling data and construction of a metaphase image

— Profilanalyse mit der Vermessung der Chromosomen- Profile analysis with the measurement of chromosomes

— Homologisierung und Klassifizierung von Chromosomen- Homologization and classification of chromosomes

— Aufbau verschiedener Karyogrammbilder- Construction of various karyogram pictures

— Übergabe der Ergebnisse an Ausgabegeräten.- Transfer of results to output devices.

Diese Komplexe können vom Nutzer beliebig angewählt werden, wobei die Hierarchie der Verfahrensschritte zu beachten ist. Im Routinebetrieb ist die vollständige Verfahrensabarbeitung möglich.These complexes can be selected arbitrarily by the user, whereby the hierarchy of the process steps is to be considered. In routine operation, the complete processing is possible.

Die Abtastung geschieht in sogenannten Bildfenstern. Damit wird gesichert, daß nur interessierende Bildteile zur Verarbeitung kommen. Es ist gleichgültig, welcher Abtaster genutzt wird, wenn bestimmte Abtastkonventionen eingehalten werden.The scanning happens in so-called picture windows. This ensures that only parts of the image of interest will be processed. It does not matter which scanner is used if certain sampling conventions are followed.

(2) Die Bildfenster werden zunächst einzeln behandelt. Zuerst werden wahlweise Methoden der Bild verbesserung (Entrauschen, Glätten usw.) auf die Bildteile angewendet. Danach wird die Objektkontur untersucht, wenn diese bei der Abtastung schon ermittelt wurde. Diese Untersuchung schließt vorhandene Konturlücken durch eine lineare Verbindung der Lückengrenzen und sondert überflüssige (z. B. doppelte) Konturpunkte aus.(2) The image windows are first treated individually. First, optional methods of image enhancement (noise reduction, smoothing, etc.) are applied to the image parts. Thereafter, the object contour is examined if this has already been determined during the scan. This investigation closes existing contour gaps by a linear connection of the gap boundaries and rejects superfluous (eg double) contour points.

Bei differentiell gefärbten Chromosomen kann im allgemeinen eine Konturermittlung bei der Abtastung nicht erfolgen. In diesem Falle wird die Kontur automatisch durch Untersuchungen des Grauwerteprofils des Bildfensters (Histogramm) bestimmt. Dabei wird der maximale Abstand einer Histogrammeinhüllenden zu den einzelnen Grauwertmengen ermittelt. Der Grauwert mit dem maximalen Abstand ist der Ausgangsschwellwert. Dieser Schwellwert wird so variiert, daß sich im Bildfenster eine richtige Objektanzahl (meist 1) ergibt und daß dieses Objekt nicht am Bildrand anliegt.In the case of differentially stained chromosomes, it is generally not possible to determine the contour during the scan. In this case, the contour is determined automatically by examining the gray scale profile of the image window (histogram). The maximum distance between a histogram envelope and the individual gray value sets is determined. The gray value with the maximum distance is the output threshold. This threshold value is varied in such a way that a correct number of objects (usually 1) results in the image window and that this object is not adjacent to the edge of the image.

Nach der Konturfindung wird das Bildfenster vom Untergrund befreit. Dabei wird ein Suchstrahl von der Kontur ausgehend genutzt. Dieser Suchstrahl wird anhand der Konturrichtung so gerichtet, daß er nicht in das Objekt führt. Der Suchstrahl führt so auf den Bildrand oder andere Teile der Kontur. Alle anderen Grauwerte, die vom Suchstrahl getroffen werden, gehören zum Untergrund. Damit werden auch Untergrundpunkte beseitigt, die vom Rand des Teilbildes aus „unsichtbar" sind. Da Chromosomen losgelöste Satelliten besitzen können, besteht die Möglichkeit, Satelliten getrennt abzutasten. Diese Satelliten werden nach der Datenaufnahme automatisch an das Chromosom herangeführt. Da2u können am Satellit zwei Markierungen gesetzt werden, die die Chromosomenlängsrichtung kennzeichnen. Eine automatische Wahl dieser Richtung ist mit Hilfe des kleinsten objektumschreibenden Rechtecks ebenfalls möglich. Mit Hilfe der Chromosomen- und Satellitenkoordinaten und der beiden Richtungen ist das Heranführen des Satelliten einfach möglich.After finding the contour, the image window is cleared of the background. A search beam is used starting from the contour. This search beam is directed by the contour direction so that it does not lead into the object. The search beam thus leads to the edge of the picture or other parts of the contour. All other gray values that are hit by the search beam belong to the background. Since chromosomes can have separated satellites, it is possible to scan satellites separately.These satellites are automatically brought to the chromosome after data acquisition.This can be two markers on the satellite An automatic selection of this direction is also possible with the help of the smallest object-circumscribing rectangle.With the help of the chromosome and satellite coordinates and the two directions, the introduction of the satellite is easily possible.

Sind alle Teiibilder aufgenommen, werden sie automatisch in ein Bild vorgebbarer Größe eingeordnet. Dabei wird der Ausgangszustand des Bildes in Betracht gezogen. Dem Verfahren liegt folgender Ablauf zu Grunde:Once all the Teiibilder have been included, they are automatically arranged in a picture of predeterminable size. In this case, the initial state of the image is taken into consideration. The procedure is based on the following sequence:

— Entflechtungsich überlappenderTeilbilder- unbundling of overlapping partial images

— Bestimmung der Bildausdehnung- Determination of image expansion

— Entfernung aller Streifen im Bild, die von keinem Teiibild berührt werden und Bildgrößenkontrolle- Removal of all stripes in the image that are not touched by any part image and image size control

— Verschiebung der außen liegenden Teilbilder nach innen bis ein nächstes Teilbild (oder die Bildgröße) erreicht ist- Moving the external part images inwards until a next field (or image size) is reached

— Ergibt sich eine Kette von Teilbildern, die die Bildgröße noch immer überschreitet, werden einzelne Teilbilder quer zur Kettenrichtung entfernt, die Verschiebung beginnt von neuem.- If a chain of subpictures still exceeds the image size, individual subpictures are removed transversely to the chain direction, the shift begins anew.

Diese Verfahrensweise führt bei einer vernünftigen Wahl der Bildgröße stets zum Ziel, ohne den Bildeindruck wesentlich zu verändern.This procedure always leads to a reasonable choice of the image size without significantly changing the image impression.

Nach dieser Bildformierung wird eine Gesamtbildbeschriftung und die Beschriftung der Chromosomen durchgeführt. Die Chromosomen werden mit ihrer Bezeichnung an der Kontur beschriftet. Folgendes Verfahren wird angewendet:After this image formation, a total image caption and the labeling of the chromosomes is performed. The chromosomes are labeled with their name on the contour. The following procedure is used:

— Wahl eines Konturpunktes (vom 1. Punkt in Inkrementen entlang der Kontur)- Selection of a contour point (from the 1st point in increments along the contour)

— Untersuchung, ob ein freier Bereich in der Umgebung des Punktes existiert (rechts oben, rechts unten, links oben, links unten), der die Beschriftung aufnehmen kann- Examine whether a free area exists in the vicinity of the point (top right, bottom right, left top, bottom left) that can take the caption

— Ist der Bereich von Objektpunkten belegt, wird ein neuer Konturpunkt gewählt- If the area of object points is occupied, a new contour point is selected

— Aufbau der Bezeichnung durch einen Schriftgenerator und Eintragung mit Hilfe von Grauwerten. Die Beschriftung berührt die Kontur nicht.- Structure of the name by a font generator and entry by means of gray values. The label does not touch the contour.

— Wird kein freier Bereich ermittelt, muß eine Beschriftung entfallen.- If no free area is determined, a label must be omitted.

Zur weiteren Verarbeitung werden die einzelnen Objekte dem Metaphasebild entnommen.For further processing, the individual objects are taken from the metaphase image.

Grundlage des Gesamtverfahrens ist die Profilanalyse. Die Profilanalyse befaßt sich mit der genauen Objektvermessung anhand von Chromosomenprofilen.The basis of the overall procedure is the profile analysis. The profile analysis deals with the exact object measurement on the basis of chromosome profiles.

Die Chromosomen haben im Metaphasebild natürlicherweise eine beliebige Lage. Häufig sind die Chromosomen gekrümmt.The chromosomes naturally have an arbitrary position in the metaphase image. Often the chromosomes are curved.

Diese Gegebenheiten behindern die Vermessung erheblich.These conditions hinder the survey considerably.

(3) Aus diesem Grunde wurde ein Verfahren entwickelt, das diese Mängel beseitigt. Die Chromosomen werden automatisch in eine vertikale Lage gebracht und gestreckt.(3) For this reason, a procedure has been developed which eliminates these shortcomings. The chromosomes are automatically placed in a vertical position and stretched.

Zur Aufrichtung und weiteren Handhabung des Objektes ist die Kenntnis des kleinsten objektumschreibenden Rechtecks notwendig. Dieses Rechteck wird mit Hilfe der Konturkoordinaten nach folgendem Verfahren ermittelt:For erection and further handling of the object, knowledge of the smallest object-circumscribing rectangle is necessary. This rectangle is determined using the contour coordinates using the following procedure:

— Einteilung der Kontur in vier Abschnitte (links oben, rechts oben, rechts unten, links unten). Die Begrenzer dieser Abschnitte sind die Berührungspunkte des Objekts am umschreibenden achsparallelen Rechteck.- Division of the contour into four sections (top left, top right, bottom right, bottom left). The delimiters of these sections are the points of contact of the object at the circumscribing axis-parallel rectangle.

— Vorgabe eines Anstiegswinkels der Seite links oben von 0 bis 90° in Inkrementen- Specification of a slope angle of the page top left from 0 to 90 ° in increments

— Berechnung von Graden durch jeden Konturpunkt des Abschnitts nach der Punktrichtungsgleichung der analytischen Geometrie, Auswahl der Geraden mit maximalem Absolutglied.Calculation of degrees by each contour point of the section according to the score equation of the analytic geometry, selection of the lines with maximum absolute value.

— Gleichartige Geradenberechnung für die übrigen Seiten- Equal straight line calculation for the remaining pages

• rechts oben-orthogonaler Anstieg-maximales Absolutglied• right top-orthogonal rise-maximum absolute member

• rechts unten-gieicher Anstieg-minimales Absolutglied• Right lower-right increase-minimum absolute member

• links unten-orthogonaler Anstieg-minimales Absolutglied• Lower left-orthogonal rise-minimal absolute member

— Berechnung der Rechteckfläche aus den vier begrenzenden Geraden und Auswahl des Rechtecks mit minimaler Fläche- Calculation of the rectangle area from the four bounding lines and selection of the rectangle with minimum area

Die Genauigkeit ist bei einem Winkelinkrement von 1° ausreichend. Die große Anzahl von Rechenoperationen ist mit entsprechenden EDV-Anlagen problemlos zu bewältigen. Die Richtung der längeren Rechteckseite ist die Objektvorzugsrichtung. The accuracy is sufficient for an angle increment of 1 °. The large number of arithmetic operations can easily be handled with appropriate IT systems. The direction of the longer rectangle side is the object preferential direction.

(4) Das Rechteck kann nun mit Hilfe dieser Vorzugsrichtung aufgerichtet werden. Die Aufrichtung erfolgt mit einer(4) The rectangle can now be set up using this preferred direction. The erection takes place with a

Objektdrehung. Diese wird mit Hilfe modifizierter Formeln der Koordinatentransformation durchgeführt. Dabei werdenObject rotation. This is done using modified formulas of coordinate transformation. It will be

ausgehend von einem Zielfeld T die Koordinaten des Bildfensters S berechnet. Diese Vorgehensweise ist notwendig, damit sich durch Rundungen keine Leerstellen im Zielfeld ergeben.starting from a target field T the coordinates of the image window S calculated. This procedure is necessary so that no blanks result in the target field due to rounding.

Ist die Vorzugsrichtung a, so ist der Drehwinkel y = 90 - a. Das Herkunftsfeld (Bildfenster) sei S_k| mit 1 = S= k S km undIf the preferred direction is a, then the angle of rotation y = 90 - a. The origin field (picture window) is S _k | with 1 = S = k S km and

1SISIm.1SISIm.

Das Zielfeld sei Ty mit 1 S i S im und ISjS jm. Dann gilt für laufende i, jThe target field is Ty with 1 S i S im and ISjS jm. Then, for running i, j

k = i · siny + j · cosy + ρ I = i · cosy — j · siny + q und ρ = (Im - im · siny - jm cosy)/2 + 0,5 q = (km — im · cosy + jm · siny)/2 + 0,5.k = i · siny + j · cosy + ρ I = i · cosy - j · siny + q and ρ = (Im - in · siny - jm cosy) / 2 + 0,5 q = (km - in · cosy + jm · siny) / 2 + 0.5.

Liegt der berechnete Punkt (k, I) innerhalb von S, wird der entsprechende Grauwert übertragen durchIf the calculated point (k, I) is within S, the corresponding gray value is transmitted by

Zur Streckung der Chromosomen wird das kleinste umschreibende Rechteck anschaulicherweise in eine horizontale LageTo stretch the chromosomes, the smallest circumscribing rectangle becomes illustratively horizontal

gebracht. Die Streckung bedeutet, daß aus einer im allgemeinen gekrümmten Chromosomenmittellinie algorithmisch einebrought. The stretch means that from a generally curved chromosome midline, algorithmically

Gerade hergestellt wird. Dazu ist die Existenz einer analytisch definierten Mittellinie notwendig.Is being produced. This requires the existence of an analytically defined centerline.

Die z. Z. bekannten Verfahren zur Ermittlung von Mittel linien punkten liefern keine analytische Funktion und auch im allgemeinen keine dichte Punktfolge. Diesen Forderungen wird die Anwendung der Regressionsrechnung gerecht.The z. Z. known methods for the determination of midpoint points provide no analytical function and also generally no dense point sequence. These demands are justified by the application of the regression calculation.

Verfahrensablauf der Mittellinienberechnung:Procedure of centerline calculation:

— Ermittlung von Mittellinienpunkten- Determination of centerline points

• nach einem Verfahren von Schreier und Trepte• following a procedure by Schreier and Trepte

• nach einem Verfahren von Pavlidis• following a procedure by Pavlidis

• durch eine Skelettierung durch fortwährende Konturlöschung• by skeletonizing by continuous contour extinction

— Teilung der Mittellinienpunkte in mehrere Bereiche (z.B. 3 Breiche)Division of the centerline points into several areas (e.g., 3 areas)

— Anwendung eines Polynomausgleichs (z. B. 2. oder 3. Grades) auf die einzelnen Bereiche- Apply polynomial compensation (eg second or third degree) to the individual areas

— Verbindung der Polynome durch quadratische Ausgleiche an den Nahtstellen- Connection of the polynomials by square compensations at the seams

— lineare Extrapolation an den Chromosomenenden über das Chromosom hinaus.- linear extrapolation at the chromosome ends beyond the chromosome.

Danach liegt die Mittellinie als analytischer Ausdruck in mehreren Bereichen vor. Diese analytischen Ausdrücke können einfach zu einer Reihe von Punkten mit Anstiegen gemacht werden. Diese Punktreihe ist die zukünftige gerade Mittellinie des gestreckten Chromosoms. Es wird eine theoretische Abtastung entlang einer Linie durch einen Mittellinienpunkt durchgeführt, die einenAccording to this, the midline is an analytical expression in several areas. These analytic expressions can easily be made into a series of points with ascents. This dot row is the future straight centerline of the stretched chromosome. A theoretical scan along a line through a centerline point is performed

orthogonalen Anstieg zum Mittellinienanstieg im jeweiligen Punkt besitzt. Die Abtastlinie wird nach dem schon beschriebenen Drehalgorithmus senkrecht zu einer Geraden (Mittellinie) gespeichert.has orthogonal rise to midline slope at each point. The scan line is stored perpendicular to a straight line (center line) according to the three-way algorithm already described.

Dieser Algorithmus führt nicht notwenigerweise zu einem befriedigenden Ergebnis. Eine Verbesserung kann durch Variation der Bereichszahl, des Polynomgrades oder Extrapolationsparameter erreicht werden. An dieser Stelle ist eineThis algorithm does not necessarily lead to a satisfactory result. An improvement can be achieved by varying the area number, the degree of polynomial or extrapolation parameters. At this point is one

Interaktionsmöglichkeit vorgesehen.Interaction possibility provided.

Es liegt in der Natur der Sache, daß Chromosomen an ihrer Centromerposition geknickt sein können, während dieIt is in the nature of the matter that chromosomes may be bent at their centromeric position, while the

Chromosomenarme nicht gekrümmt sind. In diesem Falle kann ein einfaches Verfahren ohne Bestimmung der MittellinieChromosome arms are not curved. In this case, a simple procedure without determining the centerline

angewandt werden. Hierbei werden die beiden Chromosomenarme an der Centromerposition getrennt. Von den beiden Teilen werden die kleinsten umschreibenden Rechtecke gebildet, und sie werden entsprechend ihrer Vorzugsrichtung wiederbe applied. Here, the two chromosome arms are separated at the centromeric position. Of the two parts, the smallest circumscribing rectangles are formed, and they become according to their preferred direction again

zusammengesetzt.composed.

(5) Profile des gestreckten Chromosoms eignen sich gut zur Objektvermessung. So läßt sich die Chromosomenlänge sofort von der Profillänge ableiten. Ein wichtiges Chromosomenmerkmal ist die Position der primären Einschnürung (Centromerposition).(5) Profiles of the stretched chromosome are well suited for object measurement. Thus, the chromosome length can be derived immediately from the profile length. An important chromosomal feature is the position of the primary constriction (centromere position).

Diese Position ist nicht trivial am Profilminimum ablesbar, da sie oft nur ungenügend ausgebildet ist.This position is not trivial at the profile minimum readable, since it is often designed insufficiently.

Die Bestimmung der Centromerposition geschieht nach folgendem Verfahren:The determination of the centromere position is done according to the following procedure:

— Bestimmung eines Suchintervalls im Profil, Ausscheidung der Chromosomenenden, an denen das Profil Null wird- Determination of a search interval in the profile, excretion of the chromosome ends, where the profile becomes zero

— Suche von 3 minimalen Profilwerten, die in einem begrenzten Intervall (z. B. 5) beieinander liegen- Search for 3 minimal profile values that are in a limited interval (eg 5)

— quadratischer Ausgleich mit 7 Profilwerten, die um die Intervallmitte verteilt sind- quadratic compensation with 7 profile values distributed around the middle of the interval

— Minimierung der Ausgleichsfunktion- Minimizing the compensation function

— Position des Minimums ist Centromerposition.- Position of the minimum is centromeric position.

Bei einem Mißerfolg (Randlage, kein Minimum der Ausgleichsfunktion, zu großes Intervall der 3 minimalen Punkte) wird dasIn case of failure (edge position, no minimum of the compensation function, too large interval of the 3 minimum points) this becomes

Suchintervall verengt.Search interval narrowed.

Diese Verfahrensweise führt bei meßbaren primären Einschnürungen stets zum Ziel. Im anderen Falle muß eine Mittenannahme getroffen werden.This procedure always leads to measurable primary constrictions. Otherwise, a center acceptance must be made.

Sekundäre Einschnürungen lassen sich nach dergleichen Methode finden. Die Wa hl des Such interval Is wird von der Position der Primäreinschnürung beeinflußt.Secondary constrictions can be found by the same method. The Wa of the search interval Is is influenced by the position of the primary constriction.

Nach dieser Positionsbestimmung können 2. B. folgende weitere Merkmale berechnet werden:After this position determination, the following additional features can be calculated, for example:

— Armlängenverhältnis- Arm length ratio

— Verhältnis der Schwerpunkte der Chromosomenarme zueinander- Ratio of the centers of gravity of the chromosome arms to each other

— Chromosomendicke an der Centromerposition- Chromosome thickness at the centromere position

— Satellitenlängen- satellite lengths

— Verhältnisse der Satellitenlängen zur Gesamtlänge.- Ratios of the satellite lengths to the total length.

Bei differentiell gefärbten Chromosomen interessieren vor allem Dinge der Position, Breite und Intensität von Banden. Das Dichteprofil über die Chromosomenlänge (d.h. mittlerer Grauwert pro Zeile) ist die differentiell gefärbten Chromosomen (Bandingchromosomen) durch eine Anzahl auffälliger Maxima gekennzeichnet, die die Banden repräsentieren. Dieses Dichteprofil kann durch eine Summe von Gaußkurven nachgebildet werden. Diese Nachbildung vollzieht sich nach folgendem Verfahren:In the case of differentially stained chromosomes, things of the position, width and intensity of bands are of particular interest. The density profile across the chromosome length (i.e., mean gray value per line) is the differentially stained chromosomes (banding chromosomes) characterized by a number of conspicuous maxima representing the bands. This density profile can be modeled by a sum of Gaussian curves. This replica follows the following procedure:

— Profilglättung- Profile smoothing

— Bestimmung des Profilmaximums (I.Parameter)- Determination of the profile maximum (I.Parameter)

— Bestimmung der Position des Maximums (2. Parameter)- Determination of the position of the maximum (2nd parameter)

— Berechnung der Gaußkurve durch die Bestimmung des 3. Parameters (Breite)- calculation of the Gaussian curve by the determination of the 3rd parameter (width)

— Berechnung der Gaußkurvenwerte über die gesamte Profillänge- Calculation of the Gaussian curve values over the entire profile length

— Ermittlung eines neuen Profils durch Subtraktion der Gaußkurvenwerte vom alten Profil- Determination of a new profile by subtracting the Gaussian values from the old profile

— Abbruchuntersuchung.- demolition investigation.

Abgebrochen wird die Gaußkurvensuche, wenn die Breite einer Gaußkurve zu groß wird (z. B. 25% der Länge) oder die Höhe der Gaußkurve zu klein wird (z.B. 75% des gesamten Grauwertdurchschnitts). Die Breite wird wie folgt berechnet:The Gaussian search is aborted when the width of a Gaussian curve becomes too large (eg 25% of the length) or the height of the Gaussian curve becomes too small (e.g., 75% of the total gray value average). The width is calculated as follows:

"β "β

B = V/G mitVBandenbreitenfaktor(z.B. 1,5)und G = YD/E ' M + 4B = V / G with band width factor (e.g., 1.5) and G = YD / E 'M + 4

mit D= Σ (M-i)-(i - M)/2 • ;" ι = M - 4with D = Σ (Mi) - (i - M) / 2 •; "ι = M - 4

' M + 4 ' M + 4

E= Σ (In Ρ,-In P_M) i = M - 4E = Σ (In Ρ, -In P _M ) i = M-4

mit M Maximumposition Pi Profilwerte.with M maximum position Pi profile values.

Die Gaußkurvenparameter entsprechen direkt den Bandenwerten:The Gaussian curve parameters directly correspond to the band values:

— Position (2. Parameter) = Bandenposition- Position (2nd parameter) = Band position

— Höhe (I.Parameter) = Bandenintensität- height (I.Parameter) = band intensity

— Breite (3. Parameter) = Bandenbreite.- Width (3rd parameter) = Bandwidth.

Diese Bandenwerte sind außerordentlich aussagekräftig. Die differentielle Färbung hat allerdings den Nachteil, daß andere Merkmale (vor allem die Centromerposition) häufig nicht oder nur ungenau bestimmt werden können.These band values are extremely meaningful. However, the differential staining has the disadvantage that other features (especially the centromere position) often can not be determined or only inaccurately.

Abhilfe schafft die sequentielle Färbung. Hierbei können.die Chromosomen zweimal vermessen werden. Die Schwierigkeit besteht in der Zuordnung identischer Chromosomen nach den verschiedenen Färbevorgängen.Remedy is the sequential coloring. Here, the chromosomes can be measured twice. The difficulty lies in the assignment of identical chromosomes after the different staining procedures.

(6) Mit Hilfe eines Verfahrens zur Bildjustierung können die Chromosomen aus verschiedenen Bildern einander eindeutig zugeordnet werden. Ausgangsbilder sind die vom Untergrund befreiten Bilder der homogenen und differentiellen Färbung mit den Originalkoordinaten und Konturen. Das Verfahren ist so beschaffen, daß die technisch nur sehr schwer durchführbaren Markierungen der Bilder überflüssig sind.(6) By means of a method for image adjustment, the chromosomes from different images can be uniquely assigned to each other. Initial images are the images of the homogeneous and differential coloration with the original coordinates and contours, which have been freed from the background. The procedure is such that the technically very difficult to carry out markings of the images are superfluous.

Die Transformation einer Bildmatrix in eine andere Lage erfordert die drei Parameter Drehwinkel, x-Verschiebung und y-Verschiebung.The transformation of one image matrix into another layer requires the three parameters rotation angle, x-displacement and y-displacement.

Aus den Konturkoordinaten werden zuerst Objektschwerpunkte als Objektrepräsentanten ermittelt. Diesen Schwerpunkten werden bestimmte Objektmerkmale (wie Länge oder Objektpunktzahl) zugeordnet. Da es keine Justierhilfen gibt, wird vorausgesetzt, daß bei der Summe der Chromosomen die Achse von Schwerpunkt zu Schwerpunkt (im anderen Bild) senkrecht zur Bildebene steht. Das Ziel der Justierung ist die Transformation des Bildes mit den differentiell gefärbten Chromosomen in die Lage des Bildes mit den homogen gefärbten Chromosomen bzw. umgekehrt.From the contour coordinates object focuses are first determined as object representatives. These focal points are assigned specific object characteristics (such as length or object point number). Since there are no adjustment aids, it is assumed that in the sum of the chromosomes the axis from center of gravity to center of gravity (in the other picture) is perpendicular to the image plane. The aim of the adjustment is the transformation of the image with the differentially colored chromosomes into the position of the image with the homogeneously colored chromosomes or vice versa.

Das Verfahren hat folgenden Ablauf:The procedure is as follows:

— Bestimmung sämtlicher Schwerpunktabstände im Basisbild, Sortierung- Determination of all center of gravity distances in the base image, sorting

— Bildung eines Dreiecks aus diesen Abständen mit bestimmten Eigenschaften- Forming a triangle from these distances with certain properties

• Mindestseitenlänge• Minimum page length

• keine rechten Winkel• no right angles

• keine Gleichschenkligkeit• no equality

• Mindestinnenwinkel• Minimum inner angle

— Bestimmung sämtlicher Schwerpunktabstände im zu transformierenden Bild, Sortierung- Determination of all centroid distances in the image to be transformed, sorting

— Suche entsprechender Seitenlängen, Zusammensetzung von Dreiecken (Diese Dreiecke sind durch gleiche Seitenlängen kongruent.)- Search for corresponding side lengths, composition of triangles (These triangles are congruent by equal side lengths.)

— Wird kein Dreieck im Transformationsbild gefunden, wird im Basisbild ein neues Dreieck gebildet.- If no triangle is found in the transformation image, a new triangle is formed in the base image.

— Untersuchung der Eckpunktpassung. Die Objekte, die von den Dreieckpunkten repräsentiert werden, sollen ähnliche Merkmale besitzen.- Investigation of the vertex fit. The objects represented by the triangle points should have similar features.

— Bestimmung des Drehwinkels aus den Anstiegen der längsten Dreieckseiten- Determination of the angle of rotation from the climbs of the longest sides of the triangle

— Drehung der Schwerpunkte des Transformationsbildes mit anschließender Verschiebung- Rotation of the centers of gravity of the transformation image with subsequent displacement

— Minimierung der Abstände nun zugeordneter Schwerpunkte durch ein Verfahren der nichtiinearen Optimierung (z.B. Rosen brock-Optimieru ng).Minimizing the distances of now assigned centroids by a method of non-linear optimization (e.g., Rosen brock optimization).

Die Abstandsminimierung ist für die bei der sequentiellen Färbung notwendigen Chromosomenzuordnung nicht notwendig. Alle Betrachtungen sind mit entsprechenden Fehlerschranken zu führen. Die Genauigkeitsanforderungen bei der Dreieckskongruenz sind recht hoch, da die Objektmerkmale zur Untersuchung der Eckpunktpassung wenig streuen.The distance minimization is not necessary for the chromosome assignment necessary for the sequential staining. All considerations are to be led with appropriate error barriers. The accuracy requirements for triangular congruence are quite high, since the object features for examining the vertex fit are poorly scattered.

(7) Qualitativ gute Chromosomenmerkmale sind Voraussetzung für die Chromosomenklassifizierung. Grundprinzip ist, die Chromosomen so zu gruppieren, daß in den Typgruppen die Merkmale nur minimal voneinander abweichen. Das Maß der Abweichung der Merkmale voneinander ist die Distanz, die unterschiedlich definiert werden kann. Als besonders vorteilhaft hat sich die Mahalanobis-Distanz erwiesen. Sie wird nach der Vorschrift(7) High quality chromosome features are a prerequisite for chromosome classification. The basic principle is to group the chromosomes in such a way that the characteristics differ only minimally in the type groups. The measure of the deviation of the features from each other is the distance, which can be defined differently. The Mahalanobis distance has proved particularly advantageous. She will after the regulation

M = D C"¹ D^T mit D Vektor der Merkmalsdifferenzen C KovarianzmatrixM = DC " ¹ D ^T with D Vector of the feature differences C Covariance matrix

berechnet.calculated.

Die Mahalanobisdistanz ist insbesondere gegen die Größenordnungsunterschiede in den Merkmalen und die Merkmalswichtung unempfindlich.The Mahalanobis distance is particularly insensitive to the magnitude differences in features and feature weighting.

Bei der Homogenisierung soll die Summe der Merkmalsdistanzen minimiert werden. Ein modifizierter Rundreisealgorithmus hat sich als außerordentlich schnell und zuverlässig erwiesen. Das Verfahren hatfolgenden Ablauf:During homogenization, the sum of the feature distances should be minimized. A modified round trip algorithm has proven to be extremely fast and reliable. The procedure has the following sequence:

— Berechnung der Distanzmatrix- Calculation of the distance matrix

— Ermittlung des kleinsten Elementes P_k der i-ten Zeile für alle ZeilenDetermining the smallest element P _{k of} the i-th row for all lines

— Subtraktion P₁ — P_k der i-ten Zeile für alle Zeilen (Reduktion um den Zeilenminimalwert)- subtracting P ₁ - P _k of the i-th row for all the rows (reduction by the line minimum value)

— Ermittlung des kleinsten Elementes P^ der j-ten Spalte für alle Spalten- Determine the smallest element P ^ of the jth column for all columns

— Subtraktion P, - P_k der j-ten Spalte für alle Spalten (Reduktion um den Spaltenminimalwert)Subtraction P, _{Pk of} the jth column for all columns (reduction by the minimum value of the column)

— Ermittlung der Differenz des kleinsten und zweitkleinsten Elementes jeder Zeile und Spalte (Zeilen/Spaltendifferenz)Determination of the difference of the smallest and second smallest element of each row and column (rows / column difference)

— Suche der betragsmäßig größten Differenz- Search for the largest difference in terms of amount

— das kleinste Element Ey₁ dieser Zeile oder Spalte (mit der maximalen Differenz) bestimmt eine Zeilennummer i und eine Spaltennummer jThe smallest element Ey _{1 of} this line or column (with the maximum difference) determines a line number i and a column number j

— i/j ist die erste Chromosomenzuordnung- i / j is the first chromosome assignment

— Löschung der i-ten Zeile, j-ten Spalte und j-ten Zeile und Neubestimmung der Zeilen/Spaltendifferenzen, Suche des nächsten Paares.Deletion of the i-th row, j-th column and j-th row and redetermination of the row / column differences, search of the next pair.

Dieses Verfahren wird auch bei der Klassifizierung nach Typstandards angewendet. Dabei wird eine Distanzmatrix so aufgebaut, daß Zuordnungen innerhalb der Chromosomen und innerhalb des Standards unterbunden werden. Hierfür ist die Existenz eines Kataloges mit Typstandards notwendig.This method is also used in classification according to type standards. In this case, a distance matrix is constructed so that assignments within the chromosomes and within the standard are prevented. This requires the existence of a catalog with type standards.

Liegen Chromosomenmerkmale einer größeren Zahl von Metaphasen des gleichen Materials vor, kann zur Klassifizierung ein selbstlernender Algorithmus zur Anwendung kommen.If chromosome features of a greater number of metaphases of the same material are present, a self-learning algorithm can be used for classification.

Folgende Verfahrensweise wird hierbei angewendet:The following procedure is used here:

— Homologisierung der Chromosomen jeder MetaphaseHomologization of the chromosomes of each metaphase

— Merkmale pro Typ und Metaphase werden gemittelt- Characteristics per type and metaphase are averaged

— Mittelwerte der ersten Metaphase werden als Typstandard für die zweite Metaphase benutzt- First metaphase means are used as the second metaphase type standard

— diese Standards werden mit den zugeordneten Werten der zweiten Metaphase korrigiertThese standards are corrected with the assigned values of the second metaphase

— der neue Standard wird auch die dritte Metaphase angewendet usw.- the new standard is applied also the third metaphase etc.

— Klassifizierung der Chromosomen aller Metaphasen anhand der rekursiv berechneten Typstandards.- Classification of chromosomes of all metaphases using the recursively calculated type standards.

Die Ergebnisse der maschinellen Karyotypanalyse werden in Karyogrammen präsentiert. Das Verfahren sieht zunächst drei Krayogrammtypen vor, weitere sind denkbar. Das einfache Karyogramm zeigt die typsortierten aufgerichteten Chromosomen (mit Bezeichnungen), das anspruchsvollere ProfiIkaryogramm enthält neben den aufgerichteten Chromosomen die gestreckten Chromosomen und drei zugehörige Profile (Grauwertsummenprofil, Bildpunktsummenprofil, Dichteprofil) mit einigen wichtigen Merkmalen, das dritte Karyogramm, die Chromosomenreihung, enthält die Chromosomen längensortiert neben einer ausführlichen Tafel mit den ermittelten Chromosomenmerkmalen.The results of the machine karyotype analysis are presented in karyograms. The method initially provides three types of krayograms, others are conceivable. The simple karyogram shows the sorted upright chromosomes (with names), the more sophisticated ProfiIkaryogramm contains the stretched chromosomes and three associated profiles (gray scale sum profile, pixel summation profile, density profile) with some important features, the third karyogram, the chromosome series, contains the chromosomes Sorted by length next to a detailed panel with the determined chromosome features.

Ausführungsbeispieleembodiments

Hardwareseitig läßt sich die Erfindung beispielsweise mit folgenden Gerätekombinationen bzw. wesentlichen Teilen davon aus dem Kombinat VEB Carl Zeiss JENA (KCZ) und dem VEB Robotron-Vertrieb Berlin (RVB) realisieren: (1) — DurchlichtforschungsmikroskopJENAVAL KCZOn the hardware side, the invention can be implemented, for example, with the following equipment combinations or essential parts thereof from the Kombinat VEB Carl Zeiss JENA (KCZ) and the VEB Robotron-Vertrieb Berlin (RVB): (1) - transmitted light research microscope JENAVAL KCZ

— Mikrofotografische Einrichtung mf-AKS 24 χ 36 maticmot . KCZ- Microphotographic device mf-AKS 24 χ 36 maticmot. KCZ

— Filmentwicklungsautomat PENTACON AR 510 KCZ- Film processor PENTACON AR 510 KCZ

— Film-Ein/Ausgabegerät FEAG 200-30 mit KCZ •Grafiksteuerung GSTK7067 RVB •Rollkugeleinheit RKE K7767-20 RVB •FarbmonitorFMO K7226·21 RVB und zusätzlicher- Film input / output device FEAG 200-30 with KCZ • Graphics control GSTK7067 RVB • Roller ball unit RKE K7767-20 RVB • Color monitor FMO K7226 · 21 RVB and additional

•V-^Schnittstelle KCZ• V- ^ interface KCZ

— DNÜ RVB- DNÜ RVB

— Datenleitung- Data line

(2) — Durchlichtforschungsmikroskop JENAVAL KCZ(2) - transmitted light research microscope JENAVAL KCZ

— Mikrofotografische Einrichtung mf-AKS 24 χ 36 maticmot KCZ- Microphotographic device mf-AKS 24 χ 36 maticmot KCZ

— Film-Ein/Ausgabegerät FEAG 200-30 mit KCZ- Film input / output device FEAG 200-30 with KCZ

• Grafiksteuerung GSTK7067 ' RVB •RollkugeleinheitRKEK7767-20 RVB •FarbmonitorFMOK7226-21 RVB• Graphic controller GSTK7067 'RVB • Trackball unit RKEK7767-20 RVB • Color monitorFMOK7226-21 RVB

• Magnetbandeinheit• Magnetic tape unit

— ESER-Rechner EC 1035, EC 1040, EC 1055- ESER calculator EC 1035, EC 1040, EC 1055

(3) — Mikroskopbildanalysator MORPHOQUANT KCZ(3) - Microscope image analyzer MORPHOQUANT KCZ

— Magnetbandeinheit- Magnetic tape unit

— Film-Ein/Ausgabegerät FEAG 200-30 mit KCZ •Magnetbandeinheit- Film input / output device FEAG 200-30 with KCZ • Magnetic tape unit

— ESER-RechnerEC 1035, EC 1040, EC 1055- ESER-RechnerEC 1035, EC 1040, EC 1055

— Film-Ein/Ausgabegerät FEAG 200-30 KCZ- Film input / output device FEAG 200-30 KCZ

— BVS A 6470 RVB- BVS A 6470 RVB

— ESER-RechnerEC 1035, EC 1040, EC 1055.- ESER-RechnerEC 1035, EC 1040, EC 1055.

Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren auch an allen anderen Geräten und Gerätekombinationen nutzbar, welche die Möglichkeit zur Abtastung mikroskopischer'Bilder mit dem für die Chromosomenanalyse notwendigen Auflösungsvermögen, zur Verarbeitung der anfallenden Daten auf einem Rechner ausreichender Leistungsfähigkeit und zur Wiedergabe von Grauwertbildern im wählbaren Karyogrammformat als Hardcopy bzw. auf einem Display bieten. Die Möglichkeit zur Eingabe bewerteter Koordinaten und von Grauwertschwellen für die Objektisolierung zur Steuerung von Abtastung und Verarbeitung bewirkt eine bedeutende Effektivitätssteigerung des Systems. Die Bilddatenfernübertragung zu einem Großrechner spart Kosten und senkt den Organisationsaufwand beim Anwender. Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mit folgenden Arbeitsunterlagen erfolgen:In addition, the method according to the invention can also be used on all other devices and device combinations which have the ability to scan microscopic images with the resolution required for chromosome analysis, to process the resulting data on a computer of sufficient capacity, and to render gray level images in the selectable karyogram format Hard copy or on a display offer. The ability to input valued coordinates and gray level thresholds for object isolation to control sampling and processing results in a significant increase in system efficiency. The remote image data transfer to a mainframe saves costs and reduces the organizational effort of the user. The realization of the method according to the invention can be carried out with the following working documents:

— Start- Begin

• Eingabe und Verarbeitung des Rechenwunsches• Input and processing of the calculation request

• Eingabe der Objektparameter• Input of the object parameters

• Formierung aller im Job benötigten Dateien• Formation of all files needed in the job

• Kontrolle der Dateizustände in Abhängigkeit vom Rechenwunsch —- Eingabe• Control of file states depending on the calculation request - - input

• Rechenwunsch und Dateikontrolle• calculation request and file control

• Objektverarbeitung• object processing

Matrixspeicherung matrix storage

• Eingabe oder Bestimmung der Konturpunkte• Input or determination of the contour points

'Bildverbesserung einzelner Bildteile 'Image enhancement of individual image parts

• Säuberung der Matrix von Fremdeinflüssen• Cleaning the matrix of extraneous influences

Größenveränderung resizing

• Verarbeitung isoliert liegender Satelliten "• processing isolated satellites "

Verbindung von Chromosomen und Satellit in einer Matrix Combination of chromosomes and satellite in a matrix

• Verarbeitung mehrerer Dateien für eine Metaphase• Processing multiple files for a metaphase

• Formierung des Metaphasebildes auf ein gewähltes Format• Formation of the metaphase image to a selected format

• Eintragungen des Titelteils• Entries of the title part

• Numerierung der Chromosomen im Bild• Numbering of the chromosomes in the picture

— Profilanalyse- Profile analysis

• Bestimmung der kleinsten objektumschreibenden Rechtecke• Determine the smallest object-circumscribing rectangles

• Ausführung von Chromosomenvordrehungen• Performing a pre-rotation of the chromosome

• Chromosomenstreckung nach verschiedenen Methoden wie• Chromosome extension by various methods such as

• Chromosomenteilung am Centromer und Neuzusammensetzung• Chromosome division at the centromere and recomposition

• Mittelliniengewinnung durch Konturreduzierung• Centerline extraction through reduction of the number of contours

• Konturglättung am gestreckten Chromosom• Contour smoothing on the stretched chromosome

• Ermittlung von Chromosomenmerkmalen und Abspeicherung• Determination of chromosomal characteristics and storage

— Chromosomenklassifizierung- Chromosome classification

• Klassifizierung ohne Verwendung von Typstandards• Classification without using type standards

• Zuordnung von Chromosomenpaaren zum Typstandard• Assignment of chromosome pairs to the type standard

• Zuordnung einzelner Chromosomen zum Typstandard• Assignment of individual chromosomes to the type standard

— Herstellung einfacher Karyogramme- Production of simple karyograms

• Aufrichtung der dem Metaphasebild'entnommenen Chromosomen• Erection of the metaphase image taken chromosomes

• typsortierte Ausgabe der aufgerichteten und gestreckten Chromosomen• sorted output of upright and stretched chromosomes

• Ausgabe mit invarianter Centromerposition• Output with invariant centromeric position

• Ausgabe vergrößerter Chromosomen• Output of enlarged chromosomes

• Glättung der Chromosomenkonturen• Smoothing the chromosome contours

• Positionierung im Karyogramm• Positioning in the karyogram

• Beschriftung der Chromosomen im Karyogramm• Labeling of the chromosomes in the karyogram

• Seitengestaltung in Abhängigkeit von der gewünschten Blattgröße• page layout depending on the desired sheet size

— Herstellung von Profilkaryogrammen- Production of profiled caryograms

• Aufrichtung der dem Metaphasebild entnommenen Chromosomen• Erection of the chromosomes taken from the metaphase image

• Ausgabe vergrößerter Chromosomen• Output of enlarged chromosomes

• Glättung der Chromosomenkonturen• Smoothing the chromosome contours

• Erzeugung von drei Profilen je Chromosom• Generation of three profiles per chromosome

• Grauwertsummenprofil• Gray sums profile

Bildpunktsummenprofil Pixel sum profile

• Dichteprofil• density profile

• Ausgabe der Profile neben dem Chromosom• Output of profiles next to the chromosome

• Positionierung im Karyogramm• Positioning in the karyogram

• Seitengestaltung in Abhängigkeit von der gewählten Blattgröße — Chromosomenreihung• page layout depending on the selected sheet size - chromosome ranking

• Aufrichtung der dem Metaphasenbild entnommenen Chromosomen• Erection of the chromosomes taken from the metaphase image

• Ausgabe der aufgerichteten und gestreckten Chromosomen nach abnehmender Länge geordnet.• Order of the upright and stretched chromosomes sorted by decreasing length.

• Ausgabe vergrößerter Chromosomen• Output of enlarged chromosomes

• Glättung der Chromosomenkonturen• Smoothing the chromosome contours

• Beschriftung der Chromosomen mit ihrer Nummer• Lettering of the chromosomes with their number

• Ausgabe einer Tabelle mit Merkmalswerten• Output of a table with characteristic values

• Seitengestaltung in Abhängigkeit von der gewählten Blattgröße.. Solche Arbeitsunterlagen liegen in anwendungsbereiter Form vor.• Page design depending on the selected sheet size .. Such work documents are available in ready-to-use form.

Claims

Method according to the invention for the automated analysis of plant chromosomes in biotechnology and breeding research in accordance with the method description and exemplary embodiments (items 5 and 6 of this patent specification), characterized by

- Input of evaluated coordinates on the scanner (scanner) via a graphics controller with cursor and color monitor for field selection and processing control

- Image data transfer from the scanner (scanner) to the host computer and the recording device ζ. Β, via corresponding hardware interfaces in the device

- Output of processed partial images on the monitor for the evaluation of processing results

- Structure, formation and labeling of the metaphase image after automatic position balance as a file in the host computer

- Determination of the smallest object-circumscribing rectangle, automatic erection and extension of chromosomes using analytically determined center lines or separation and reassembly at points of curvature

- Iterative determination of primary constrictions from chromosome profiles, attachment of satellites separated from the chromosome and inclusion in further processing

Adjustment of images from the image content to identify chromosomes in sequential analysis

- Homologization of chromosomes by feature values using a modified round trip algorithm

Classification of chromosomes by feature order numbers using a modified round trip algorithm

Classification of chromosomes by standards using the standard karyotype catalog

- Classification of chromosomes with recursively calculated standards; Classification using a feature file or parts thereof.