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Title 花山天文台画像処理システム Author(s) 中井, 善寛; 浅田, 正; 北井, 礼三郎; 岩崎, 恭輔 Citation 京都大学理学部付属天文台技術報告 (1985), 1 Issue Date 1985-08-01 URL http://hdl.handle.net/2433/174076 Right Type Departmental Bulletin Paper Textversion publisher Kyoto University

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Title 花山天文台画像処理システム

Author(s) 中井, 善寛; 浅田, 正; 北井, 礼三郎; 岩崎, 恭輔

Citation 京都大学理学部付属天文台技術報告 (1985), 1

Issue Date 1985-08-01

URL http://hdl.handle.net/2433/174076

Right

Type Departmental Bulletin Paper

Textversion publisher

Kyoto University

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花山天文台画像処理システム

京都大学理学部付属天文台花山天文台 中井善寛、浅田正、北井礼三郎

岩崎恭輔

アブストラクト:

Kwasan Image Processing System "KIPS"は、特にドームレス太陽望遠鏡でえられた大

量の写真データを解析する為に特に設計された対話型画像処理・解析システムであるが、

勿論、汎用の解析にも使用出来る物である。システムの構成はPDS門ICRO・10マイクロデ

ンシトメー夕、 VAト 11/750ミニコンビュー夕、 456門Bウインチェスタ固定ディスク、 VS

11カラ}グラフィックターミナル 等からなる。システム設計上の最重要点は、使用す

る天文学者が 1)写真乳剤や磁気記憶媒体等に収められたデ}タを、短時間で解析出来

る事であり、又 2)用意されたプログラムのメニューに対話形式で応答するだけで、容

易に疑似カラー画像やグラフ表示出力を求める事が出来、視覚的に且つ直感的にデータ

の持つ意味あいを知る事が出来る事である。システムに用意されているプログラムヤDS

, K I PS, ST 1.1 "は、利用者が分光写真乾板や二次元画像、の解析に当たって、プログラム

に対する熟練度や知識を必要としないのも特徴の一つである。

キーワード 画像処理(imageprocessing)、マイクロデンシトメータ (microdensit

ometer)、計算機(computer)

1 .はしがき

1979年、ドームレス太陽望遠鏡が完成した。自動化されたこの望遠鏡から単色光による

太陽像の写真、分光スベクトルの写真、光電子変換検出器によるデ}タ等が大量に生産

される事が予想されたので、これを高速度で数値化し解析するための画像処理システム

が計画された。

システムの主たるハードウエア構成として、性能の高さ、信頼度、アプリケーションの

広さなどの比較によって、 MICRO・10マイクロデンシトメータ〈濃度(0 --4D ) )、 VA

X-ll/750ミニコンビュータと VS11 19インチカラーグラフィック・ディスプレイが選定さ

れた。

我々の設計方針は、利用しに来る天文学者の労力を軽減し、処理に要する時間を短縮す

る事にあるので、 KIPSと呼ばれている画像処理用ユーティリティ・プログラム・パ

ッケージを初めとして、数多くのプログラムが開発されインストールされている。この

他にも、 STI1 (System de Traitement Interactif d'lmage)やPDS(Scansalot-Plus)が

編集し直されてインストールされている。

2.ハ}ドウェア

第一図に K1 P Sのシステム・ハードウェアの構成を示す。システムは、主としてPDS

Micro-l0マイクロデンシトメ}夕、 VAX-11/750 ミニコンビュー夕、ラインプリン夕、

磁気テープ・ユニット、グラフィツク・ターミナル、ビデオ・ターミナルとプロッタか

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ら構成されている。

PDS Micro-l0 ( Perkin EJmer社製) Data Acquisition Systemは天文学者の間では

良く知られた測定機で、このモデルは門-6800マイクロプロセッサをCPUとする制御シ

ステムが組込まれている。この OataAcquisition System は門icro・10マイクロデン

シトメー夕、 小 6800型制御システム〈座標読取りシステムを含む〉、 2100A型磁気テー

プ及び LA120 ハードコピー・ターミナルによって構成されており、元来は RO門に書き

込まれたプログラムを起動し、スタンドアロン的な使用法でデ}タを磁気テープに収め

るのが呂的である。この場合には、プロセッサは自動的にステージの駆動を制御しその

座標位置を読み取りながら A/O 変換を行ないその内容をバッファメモりに書き込む。

更にプロセッサは信号をフォーマットして磁気テープに送り書き込む。

我々の場合は、第一図に示される如く門icro・10は D門Aと RS232Cインタフヱースによ

って VAX-l1/750CPUにリンクされている。 PerkinEJmer社は、 X-I0と言う D門A 1/0

用ボードと RS232C 1/0用ボード二枚を一組とした標準インターフェイスを、開発中の

ソフトと共に出荷している。 HostCom pu te rとして OEC 社の PDP 又は VAX-11/ を

想定して設計しである。夫々の回線は VAX-ll/750の DRl1-Wと DZ11 インターフヱイ

スに結合されている。双方向性 16bitパラレルの Oirectト1emory Accessインターフ

ェイスは、 Byteシリアルデータを門ic ro -1 0側から HostComputerヘ高速転送したり、

送信手JI債を知る為のステータス情報の交換等に使用される。濃度データは一点につき 1

6 Bit ( 2 Bytes )である。シリアル・インターフェイスは Host側から門icro・10へ

制御コマンドを送信しステータスに関する情報、応答、受信終了信号を受信する。 利

用者の希望によって、データの転送先やフォーマットは SAD,門T,D I SK, PDS門BXの内か

ら自由に選択出来る。通常、 OISKが選ばれ、ユーザーのデフォルト・ディレクトリに

ー走査当り最大 6400Bytes レコード単位の固定長順次編成ファイルが作られる。ファ

イル・タイプは本.I門G;キ である。走査に使用されたパラメータやコメント文は2145B

ytes ( 5 blocks )のヘッダーファイルに収められる。 ASCI1で書かれておりタイプは

ふ HDR;本である。

システム作りに当たって、ハードウエアの構成は次に示す如く貧弱なものであった。そ

れは、主メモリ 0.5門Bの VAX-l11750CPU、ディスク容量 28門Rのカートリッジ交換

可能な RK07二台、 8回線の DZll ターミナル・ライン、 1600 BPI の TR11磁気テー

プ、 LSP11 ラインプリン夕、 Retro・Graphic ターミナルから構成されており、現時

点では 16Bitsのパーソナル・コンビュータでもこれに匹敵するものがある。標準的に

取り扱う乾板の寸法を Leicaformat (24x36 mm) としており、この内側を 10ミクロン単

位で走査すると測定点は 6.4m i 11 i on 個〈夫々 16Bits )となる。 12.8門Bytesのデー

タは十分ユーザ・ディスクに納るが、主メモリ 0.5MBで演算を現実的な時間内に実行し

終へるには無理があった。

実メモリの使用を最適化し、それとディスク 1/0の使用上のバランスをとり効率を最高

にする試みが幾度もなされた。が、結果はおもはしくなかった。結論として、仕事の負

荷に対してシステムのハードウェア資源が不適性に小さく調整の余地がない、つまり、

負荷を減らすか資源を増加するかしか方法がないといえる。

VAX-l1/750 8USER dual RK07 systemは順次次のようなハ}ドウェアを追加して拡張さ

れた。導入した順序に従えば、 VS11color graphic system, 1門BECC門OSmehlory予 RA

81 456門B Winchester disk他8回線の OZ11 ターミナル・ライン、プロッタ二台、ビ

デオ・ターミナル七台等である。

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Retro-Graphic VT640は VT100ビデオ・ターミナルにグラフ機能を追加したものである J

VT640モードでは、 14インチのスクリーン上に480x640の分解能を示し Tektronix社の

4010シリーズとコンパチで PLOT10ソフトウェアの使用が可能となる。画面のハードコ

ピィは Tektronix社製のビデオ・ハードコピィ・ユニット 4632によって約 18秒で一

枚とれる。

VS11 ラスターグラフィック・システムは高速マイクロプロセッサ、二倍のイメージ・

メモリ・モジュール、映像信号制御部、ジョイスティック、 19インチカラーモニター等

によって構成されている。実装されたこ個のイメージ・メモリ・モジュールは 1門Bit

sの容量を持ち一枚の画の (512x512,16色〉画素情報を保持する事が出来る。装置は

DトlA~こより主記憶装置とデータ転送をおこなう。転送レートは一画素当たり 640ナノ秒

であるからー画面転送に凡そ0.16秒掛る。カラー・ハードコピィは神鋼電機製のカラー

・ハードコピィ・ユニット CHC~33 型によって約45秒で 7色の画がコビィ出来る。

門S750・DA(64kchipニヨ!の 1MB拡張用主メモリが追加された。

周辺記憶装置として、大容量 456門BのRA81ウインチヱスタ・ディスクも追加された。

これは容量の増加のみでなく、 RK07に比較して、転送レートで 4倍アクセス・シーク時

( 間で約 1.3倍と高速で実行時間の短縮につながっている。

形式の異なるインテリジェント・プロッタが二台用意されている。一つは岩崎通信機製

の DPL-2321 ドラム型で1000x270tnmの長い図形を書く事が出来る。 他は同社製の

SR-6620フラット・ベッド型で400x275mmの範囲に作図する事が出来る。両者共にター

ミナル・ライン RS232CにてVAX-l1/750と結ばれている。

一台のハードコビィ・ターミナル、七台のビデオ・ターミナル及びパーソナル・コンビ

ュータも端末として追加されている。

2. ソフトウェア

歴史的にみて、 KIPSシステム作りの計画は 1981年〈昭和 56年) 3月、門icro・

10の購入にはじまる。 1982年 3月コンビュータ購入までの一年間は門 icro・10の安

定化、京大大型計算機による画像処理プログラムの作成及びデ}タ解析を行なった。 1

982年 11月VS11ラスター・カラー・グラフィック・システム導入、 1983年 11

( 月主メモリ 1門Bの追加、 1984年 11月 RA81456門Bウインチェスタ・ディスク他追

加等の拡張がなされた。ソフトウェアの開発はこれと平行して行なはれていたので、当

然の事ながらデータの取り扱い方法等はその時期のハードウェア特に資源の大きさに影

響されている。

大きく分けて、データの流れは第二図に示される様に二つある。入力の一つは PDSから

来るもので、まず処理される乾板やフィルムは PDS~こセットされる。 門ic ro -1 0を安定

化した後にファームウエアにあるプログラム Scanslotを専属の LA120ハードコピィ・

ターミナルから走らせて、 Stand-alonemodeでマグネチック・テープに濃度デ}タを収

録する。文は、 VAX-l1/750のターミナルからユーティリティ・プログラム SCANSALOT-

PLUSを走らせて、 On-Jine modeで走査パラメータと濃度データを、夫々本.HDR;本、と本.

IMG;本と言うファイル・タイプでデフォルト・ディレクトりに書き込む。このプログラ

ムでは 100個以内ならば異なった走査開始点から同一走査パラメータで走査を繰り返す

事が出来る。この座標位置データは本.PAT;本と言うファイル・タイプで書き込まれる。

前述のテ}プに収録された二次元画像のデータは、ディスク上のデータ・ファイルと同

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様 KIPSユーティリティ FiLEINによって、その一部文は全部を KIPS標準ディスク・

ファイル又は STII 形式のディスク・ファイルに格納する。もう一つの入力は写真乳剤

を使用しない Photo-electric-deviceからのデータ処理の一例で、現在 DSTに設置され

ている SIT-TVからの照度データを 5"フロッピィ・ディスクに収録したもので、デー

タは SORDMark I11を介して通信回線で VAXのディスク・ファイルに転送し格納するも

のである。これ等のデータ・ファイルは、 K IPS,ST 11のユーティリティを利用して容易

に解析しその結果を VS11カラーグラブイツク・ターミナル、 Retro-Graphicターミナ

ル、 XYプロッター等に表示することが出来る。画像解析処理用の予想される限りのユー

ティリティはパッケィジとしてインストールしであるが、システムの拡張に伴い他の分

野、例えば広視野対物プリズム写真による星の分類の自動化のプログラム等がユ}ザー

の手によって順次開発されつつある。

その場合に使用される汎用サブル}ティン、例えば統計数学用 SSP(Scientific Sub-

routine Package)、画像処理用 PLOT-I0,IGL, SPIDER他各グラフィック・ターミナル

用ドライバー VSl1/VS11G,TCS等が購入され、プロッタ用の 1/0はシステム側で作成し

ユーザーに提供されている。

2. 1 ファイルの規格

2.1.1 KIPSファイルでは、データはその濃度{直 (0.00・・ 5.11 )を 100倍して整数値

に変換し2Bytesの符号付整数として格納される。二次元画像データではデ}タ・ポイ

ント数が最大256X256点と、 512X512点の二種類に分けられる。 256X256用ファイル

は (512Bytes = 256 X 2 Bytes)国定長の順次編成ファイルである。 512X512用ファ

イルは(1024Bytes = 512 X 2 Bytes)回定長の順次編成ファイルである。夫々のファイ

ルのヘッダ・レコ}ド(第一レコード〉には、同定の為のコメント、レコード当りのデー

タ点数、データ部レコード数が記録されている。

2. 1 .2 ST I 1ファイルでは、濃度値を200倍して整数値に変換し2Bytesの符号付整数

として格納している。 (512Bytes = 256 X 2 Bytes)国定長の相対編成ファイルである。

ヘッダ・レコードには、同定の為のコメント、一走査当りのデ}タ点数、走査総数、 X,Yのステップ値、走査開始点のX,Y座標、ファイルのタイプ、等が格納されている。濃

度データは、走査JI債に格納され、一走査当りのデータ・ボイント数が256を越えると、

256ポイント単位で走査JI院に順次後続レコードに格納される。

2.1.3 SITカメラによる二次元画像データは、ー画面が256X127点で構成されており、

ファイルはく512Bytes = 256 X 2 Bytes)画定長の順次編成ファイルである。これはKI

PS標準ファイルと同じであるが、ヘッダ・レコードが STII の形式に従って作成されて

いる点が異なっている。

2. 2 ユーティリティ・プログラム

VAXの OSは VAX/V門Sで、バージョンは 2.3からスタートし現在 3.7である。言語は主

としてF'ORTRAN,PLハが使用されている。

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2.2.1 SCANSALOT_PLUS: PDS門icro-10を制御し、濃度データを取り込む事を目的と

している。使用方法は、単に DCLのプロンプト$に答えて PDSと〈シンボル〉を入

力すれば、以後、対話形式で実行終了が出来る。ヘルプ・ライブラリィが完備していて

門icro・10のハードウェアから入力方法まで懇切丁寧に案内してくれる。第三図に例を示

す。実行の結果、デフォルト・ディレクトリに、走査情報ファイルSCAN2.HDR;1、濃度

データ・ファイ)J.;SCAN2.I門G;1、設定値ファイルSETUP.SVE;l、走査開始点座標ファイ

)J.; PDS026. PAT; 1 (γフォJlトファイn名〉が収録される。第四図に走査情報ファイルSCAN2.HDR;1の内容を例示する。

2.2.2 KIPS画像処理プログラム : PDSで走査された二次元画像のデ}タ処理と表示、

、SITカメラによる二次元画像のデ}タ処理と表示、 ST11形式ファイルの作成と二次元

画像のデータ処理と表示が主たる目的であるが、他にも補助的な処理能力を持っている。

使用方法は、単に DCLのブロシプト$に答えて KIPSを入力すると、必要に応じて

プログラムのメニューが表示される。左の列からユーティリティ番号、プログラム名、

データの格納されているメディア名、デフォルト・ディレクトリにあるファイルの形式、

( 出力されるターミナル文はファイル名である。第五図に代表的な使用例として2.2.1で

PDSユーティリティによってディスクに取り込んだ、 SCAN2.I門G;l(with孝 .HDR;1)10 00X500点のデ}タをKIPS標準ファイルに256X250点のc!ose-upデータとして格納した手

JI債をしめす。第六図lこは、テ}ブ・データから KIPS標準ファイルに256X256点のclose-upデ}タとして格納した手JI債をしめす。第七図にはこのデータを利用して、 PLOTユ}テ

ィリティによって、プロッタに出図する手JI慣を示し、第八図にその出図画像を示す。

2.2.3 STII画像処理プログラム :このユーティリティはフランスのパリ天文台で現

用されているSystemde Traitment Interactif d汁mageで、元々は PDPl1(0. S.は

RTII-M)と Tektronixグラフィック・ターミナルの組み合わせで利用されていた

システムである。平田龍幸氏がムードンで実際に使用してみて便利であったと言う事か

ら、当台ではスベクトル関係のユーティリティが未開発であったので、移植の手配をお

願いしてsourceをテープの形で譲って貰った。

ST 11は、 KIPS同様 PDSの走査によって得られた一次元又は二次元画像のデータを解析す

( るユーティリティで、 Retro-Graphicのスクリーンに表示されるグラフを参照しながら

対話形式で解析が進められる様になっている。デ}タ・ファイルは 2.2.2で述べたよう

に、 KIPSの FILEINによって STII形式に編成しておく必要がある。操作は任意のター

ミナルと Retro-Graphicターミナルを使用し、出力結果は Tektronix4632ハ}ドコピ

ィアに印画している。

使用方法は、単にDCLのプロンプト Sに STII と入力すると、その後はシステムの質問

に答えていくだけで、実行から終了までの作業が可能である。必要ならば、メニュー、

ヘルプ情報が得られる。ユーティリティには、第九図の STII使用例のメニュー表にあ

る通り、

1)ファイルの操作、管理 :ファイル・ヘッダ、データ部の印字、修正、データ配列変

更、キズの除去、ファイル間の四則演算、ファイルの切り取り、ファイル間の結合。

2) D・i 変換 : Step Wedge、チューブ・センシトメー夕、手入力によるデータから

0・ 1変換表ファイルの作成、 D-I変換を実行する。

3),4)一次元文は二次元のフィルタリング :ガウス器械輪郭のデコンボリユ}ション

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ガウス器械輪郭の合成積による平滑化、最少自乗多項式による平滑化。

5)一次元表示 :グラフ表示。

6)二次元画像表示 :等濃度曲線図、断面輪郭表示、鳥かん図。

7)スベクトル解析 :波長同定、コンテイニューム決定、吸収線・輝線輪郭近似、吸収

線等価巾、輝線強度の決定。

8)統計処理 :濃度値の頻度分布、二次元画像の自己相関関係、指定濃度値データの位

置探索、指定領域内の走査線毎の最大値又は最小値の探索等である。

3.むすび

このシステムは、 56、57、 58年度の特別設備費、一般校費、及び 59年度科研費

一般 (A)太陽大気における小規模エネルギー開放現象の観測的研究〈代表者 川口市

郎〉により順次拡張されて来た。ソフトウェアに関しては、快く STIIユーティリティを

提供されたパリ天文台に感謝の意を表したい。又、 VAX導入時に御協力頂いた日本ディ

ジタルイクイッブメント株式会社ソフトウェアサービス部の諸氏にも感謝の意を表した

( い。システム開発・移植・改良等は浅田正、北井礼三郎、岩崎恭輔の諸氏によるもので

ある。

4

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1 .5 MB

ECC MEMORY

250 LPM 1600 BPI

Line Printer ~一" Magnetic Tape 0γive

30 CPS DEC Writer N CACHE-MEMORY

4 KB

VAX-

11/750

CPU 256 KB Cartridge Tape

456 MB Fixed Media Disk

Ma i n ~1emoγy

LSP11

System

X-10

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Hard-copy Termin41

19 inch Co1or Graphic Display Terminal V

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High QualityPrinter 算三一-~ヨ

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PDS Micro-l0 Magnetic Drive

Scanslot

Scansalot Plus

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DR;女FILEIN

I1ijtt会竃

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Personal Computer

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Floppy

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Retro-Graphic

第三二二 E司

VSll

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^l - GD BACK TO PREVIOLJS QLJESTION

ENTEf:;: NEωVf.U_LJE

Den5ity/Tran5mi55ion (Default 15 D)?

Pi::el type 12 or' R4 (De千au1t is k・4)? 12

Data destination (SAO, DISt:::, U5E只, fJR 門T , SAD i5 de千ault)? 015ト:tミnter objecl id: SCAN2

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Entt三r date '0千 ot)5ervat i on (門門IDD/YY): 06123/83 ビnt己r' i n5tiuIlIent tγpe: DST

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刊(¥1'""1、 (Mark points for a PAT fi.le

EXit

第三三三 1-*1

l_ )

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/ O{~ TE llF SCAN

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I TELESCOPE, CA門ERA, SPECTROGRAPH, ETC

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/ 2-{-iXIS DATA

/ NU門白ER OF X F・OINTS

/ NUM8ER OF Y POINTS

/ STARTING X ENCODER VAしUE

/ X DIRECTI0N AND STEP

/ STARTING Y ENCODER VAしI.JE

/ Y 01 代ECTION ANO STEP

/ SCAN SPEED

/ RASTER, FしIP,EDGE

/ CENTER - T, CORNER - F

/ Al'lPLIFIER L1SED

/ DATA TO T民UE CONV. SCALE

/ DA1A TO TRUE ZERO SCALE

/ UNDEFINED DA1A DEFAUしT VALUE

/ 0[1,) EじT 10

第三l2:BI~I

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Enter 1=::1ド'S Uti 1 i ty Nllmber : 16

ωhich data volume do γou choose, Tape(1) or Disk(2) 7: 2

Prev五ous 1091に品 1 ne:ln】e e:lssignment reρ1aced

*'"骨側斜*→M 眠気令長台慢す時***~眠気後骨材質骨録**肴併 ~H‘ IH時栄養骨普***骨骨骨骨骨4同*

F'D5 D{~! í~ (Dビslinalion=DISK) modi千Y to IくlF'S 千i1 e

Two dlfll~n5iunal image data wi11 be 5tored in anγof

品 :2 ~16 X 二tヨゐ arTc:¥y (1) 口r e:I 512 X 512 array (2) or

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(1) 2己6 X 2コ6

(2) 512 X 512

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Creation 0千 disk 千i1 e.

File name > SCru~2

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:;00 th r 伝 cord i5 read ln at 19:27:36

400 th record is r-ead in at 19:27:~J9

500 th r'eにord i5 read in at 19:27:43

End of copy.

1・!J包 fi1 e, whicl1 γ011 I.nsll to copγ.

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1、lot aqree=l ,;

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儒 ii "Enter th己 parameters so that the data points

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either in a 256 X 256 arraγ01" in a 512 X 512 array.

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Reqion specitication U.K ? (Y/N) Y

Output 干ile name? 223603

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256

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NFILE = 3

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4u(l、 TH RECORO 15 READ IN AT

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ωrite-out is completed !

16:37:20.87

16: 37: ~.5. 36

16:37:49.臼7

1ゐ:38:04.35

1 ゐ ~38:18.85

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Do γou trγanother KIPS utility (Y/N)?: Y 第三 7て I~I

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銅剣側負 h.側. 5.1.1.1. 1負"併保険録保

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1) F i 1 e maniρI.Ilation

之) 1)--1 conv臼t'sion

:.::.) Fi 1 tど ri rllJ ( 1 --d i m )

Lj) Filter1ng (2-dim)

5) Image displaγ( 1-dim )

ゐ) Image displaγ( 2-dim )

7) Analysis of spectra

8> Slatistical analγsis

9) 卜liscellaneous utilities

-Ií幅-Ií骨-Ií-líi(制-lí i帳場ô- M-**併-Ií剥骨根録者骨悦i(--li--lt i略 4崎凶弾骨骨制-lt-lí'**-IH~-** -M弾輔*-Ií咲担制**-Ií*-IH‘****

者It Enter branch-no., 99 ( branch-table ) or RET ( exit ):

長 制 εnter one 0+ 5111 cOllllllallds, 1"1ENU, I-IELP or EXIT: HELP

Information available:

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