Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Segmentierung von Messda ten aus einer Messung eines Objekts.

Zur Qualitätssicherung, ob hergestellte Objekte den gewünschten Vorgaben entsprechen, wer den diese Objekte vermessen und mit den gewünschten Vorgaben verglichen. Die Messung kann dabei z. B. als dimensioneile Messung durchgeführt werden. Dimensionelle Messungen können z. B. mittels der Antastung verschiedener Punkte der Oberfläche des Objekts erfolgen. Weiter können z. B. computertomographische Messungen durchgeführt werden, wobei die da mit gewonnenen Messdaten analysiert werden. In diesem Fall können auch Oberflächen inner halb der Objekte geprüft werden. Die Messdaten können dabei beispielsweise als Volumenda ten vorliegen bzw. in Volumendaten umgewandelt werden. Um verschiedene Bereiche des Ob- jekts in den Messdaten voneinander unterscheiden zu können, werden die Messdaten in ver schiedene Bereiche segmentiert. Speziell von Interesse ist dies z. B. bei der Visualisierung, dem Reverse Engineering, der Mehrkomponenten-Funktionsanalyse und der Simulation von Materialen und Materialeigenschaften. Weiter können die Messdaten vor Durchführung des Verfahrens vorverarbeitet werden. Es können beispielsweise Artefaktkorrekturen, z. B. Metallar tefakt-, Strahlaufhärtungs- oder Streustrahlungskorrekturen auf Basis der segmentierten Geo metrie, und Datenfilter, z. B. Gauß- oder Median-Filter, auf die Messdaten angewendet werden.

Die Segmentierung von Volumendaten von Multimaterial-Messobjekten kann bisher jedoch nicht zufriedenstellend durchgeführt werden, da für jeden Materialübergang zwischen zwei spe zifischen Materialien spezifische Anpassungen der Segmentierungsalgorithmen benötigt wer den. So müssen zum Beispiel bei der Analyse von Grauwerten zur Erkennung von Material übergängen zwischen Materialien, die vergleichsweise geringe Grauwerte in den Messdaten aufweisen, geringere Schwellwerte verwendet werden, als zur Erkennung von Materialübergän gen zwischen Materialien, die vergleichsweise hohe Grauwerte in den Messdaten aufweisen.

Es ist somit nicht aussichtsreich, anhand eines globalen Schwellwerts eine Segmentierung die ser Volumendaten zu erreichen. Insbesondere wenn die Messdaten Artefakte aufweisen, kön nen viele Algorithmen, die verschiedenen Materialien nicht korrekt segmentieren. Weiter reicht eine korrekte Segmentierung nicht aus, um an allen Materialübergängen präzise Messergeb nisse zu liefern, d. h. die Position der Materialübergänge präzise zu bestimmen.

Als Aufgabe der Erfindung kann daher angesehen werden, ein verbessertes computerimple mentiertes Verfahren zur Segmentierung von Messdaten aus einer Messung eines Objekts zu schaffen, das eine korrekte Erkennung von Materialübergängen aus den Messdaten des Ob jekts bereitstellt.

Hauptmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 1 und 15 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 14.

Erfindungsgemäß ist ein computerimplementiertes Verfahren zur Segmentierung von Messda ten aus einer Messung eines Objekts vorgesehen, wobei das Objekt mindestens einen Material übergangsbereich aufweist, wobei durch die Messdaten eine digitale Objektdarstellung mit dem mindestens einen Materialübergangsbereich erzeugt wird, wobei die digitale Objektdarstellung eine Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen des Objekts aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ermitteln der Messdaten; Segmentieren von mindestens zwei homogenen Bereichen der digitalen Objektdarstellung; und Ermitteln der Position mindestens eines Materialübergangsbereichs zwischen den mindestens zwei homogenen Bereichen.

Die Erfindung trennt damit den Schritt des Segmentierens der Bereiche der verschiedenen Ma terialien von dem Schritt des Ermittelns der Materialübergangsbereiche. Dabei werden zunächst Bereiche in der Objektdarstellung ermittelt, die homogen sind, um Bereiche verschiedener Ma terialien zu identifizieren. Die digitale Objektdarstellung kann zwei oder dreidimensional sein. Auch vierdimensionale Objektdarstellungen sind denkbar, wenn neben den Raumdimensionen auch eine zeitliche Dimension betrachtet wird.

Unter einem homogenen Bereich wird dabei ein Bereich verstanden, der ein einheitliches Mate rial oder eine einheitliche Materialmischung aufweist. Die Bildinformationen können beispiels weise Grauwerte sein, die aus Messdaten einer computertomographischen Messung im Rah men einer dimensioneilen Messung eines Objekts erhalten werden.

Als homogen gelten Bereiche, deren Messdaten oder Bildinformationen beispielsweise zwi schen zwei Schwellwerten, z. B. einem oberen und einem unteren Schwellwert, liegen, d. h. in denen die lokalen Messdaten ähnlich sind bzw. ähnliche Werte aufweisen, d.h. wenn eine lo kale Ähnlichkeit hoch ist. Die Bildinformationen eines homogenen Bereichs in der digitalen Ob jektdarstellung können damit in einem Beispiel Grauwerte innerhalb eines schmalen Grauwert intervalls aufweisen. Die homogenen Bereiche sind damit nicht absolut homogen, sondern kön nen Schwankungen innerhalb einer Toleranz aufweisen. Die Schwellwerte können vordefiniert sein oder im Rahmen der Ermittlung der homogenen Bereiche bestimmt werden. Die Homoge nität der Bereiche muss jedoch nicht mittels der Grauwerte definiert sein. In einem anderen Bei spiel können auch Bereiche mit einem faserhaltigen Material mit einer ähnlichen Faserorientie rung als homogen gelten, auch wenn die Grauwerte selbst in diesem Fall nicht homogen sind. Allerdings ist dann das Muster homogen, das durch die Textur definiert wird, die aus den Fa sern resultiert. Das Material eines Bereichs oder auch des gesamten Objekts kann beispiels weise ein Monomaterial sein, d. h. die Materialübergänge in den Materialübergangsbereichen können in diesem Beispiel dann Übergänge zwischen verschiedenen Materialstrukturen oder ein Übergang von dem Monomaterial zum Hintergrund sein.

In einem anderen Beispiel kann die exakte Bestimmung von den Materialübergangsbereichen im Schritt Ermitteln der Position mindestens eines Materialübergangsbereichs zwischen den mindestens zwei homogenen Bereichen einen kleinen Suchbereich aufweisen, in dem die Ma terialübergangsbereiche gesucht werden. Dann kann optional vor dem Schritt Segmentieren von mindestens zwei homogenen Bereichen der digitalen Objektdarstellung eine grobe Seg mentierung durchgeführt werden. Ergebnis dieser groben Segmentierung kann die Erkennung von homogenen Bereichen, aber auch von Bereichen ähnlicher Textur sein. Danach kann im Schritt Segmentieren von mindestens zwei homogenen Bereichen der digitalen Objektdarstel lung eine weitere genauere Segmentierung durchgeführt werden.

Beispielsweise können Materialübergangsbereiche zwischen den homogenen Bereichen ermit telt werden, wenn die lokale Ähnlichkeit verringert ist. Ansonsten werden die betreffenden ho mogenen Bereiche zusammengefasst. Ein Materialübergangsbereich kann dabei zum Beispiel eine Materialoberfläche, zwei aneinanderstoßende Materialoberflächen, mehrere durch schmale Materialbereiche getrennte Materialübergänge oder einen Übergang der inneren Struk tur eines einzelnen Materials usw. aufweisen.

Ein Materialübergangsbereich kann z. B. ein Übergang zwischen biologischen Materialien, Schweißnähte oder Bereiche unterschiedlicher Faserorientierung aufweisen. Es ist nicht erfor derlich, dass der Materialübergangsbereich eine klare Materialoberfläche aufweist. Ein Material übergangsbereich kann in einem weiteren Beispiel sowohl bei Messungen als auch bei einem CAD-Modell als eine Oberfläche angenähert bzw. repräsentiert werden.

Weiter kann der mindestens eine Materialübergangsbereich beispielsweise ein Multi-Material- übergangsbereich sein. Der Begriff Multi-Material bezieht sich dabei nicht nur auf Bereiche mehrerer homogener einzelner Materialien. Auch das Vorhandensein von Fasern oder Porositä ten kann jeweils einen eigenen Materialbereich spezifizieren, auch wenn das zugrundeliegende Material identisch bleibt. Auch Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere bei glei cher oder ähnlicher Materialzusammensetzung, können explizit als eigene Materialien interpre tiert werden. So kann ebenfalls der Hintergrund eines CT-Scans, üblicherweise die Luft um das Objekt, ein Material in den Messdaten sein.

D. h. neben den Bildinformationen, die einen Hintergrund des Objekts darstellen, umfasst das Objekt mindestens zwei Materialien in den Messdaten, für welche die Materialübergänge, z. B. Oberflächen, bestimmt werden. Gemäß eines weiteren Beispiels kann der Schritt Segmentieren von mindestens zwei homoge nen Bereichen die folgenden Unterschritte aufweisen: Ermitteln von mindestens zwei homoge nen Bereichen in den Messdaten und/oder in der digitalen Objektdarstellung; Analysieren einer lokalen Ähnlichkeit der Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen zum Erhalt mindestens einer erwarteten Position eines Materialübergangsbereiches; Anpassen einer Ausdehnung je des homogenen Bereichs bis ein Grenzbereich jedes homogenen Bereiches an der mindestens einen erwarteten Position eines Materialübergangsbereichs angeordnet ist; wobei der Schritt Ermitteln der Position mindestens eines Materialübergangsbereichs zwischen den mindestens zwei homogenen Bereichen den Unterschritt aufweist: Ermitteln der Position des mindestens einen Materialübergangsbereichs in dem mindestens einen Grenzbereich und vorzugsweise in der Umgebung des mindestens einen Grenzbereiches.

In diesem Beispiel werden verschiedene Algorithmen genutzt, wobei die Algorithmen verschie dene Darstellungsformen der Messdaten untersuchen. Mittels der Verwendung verschiedener Algorithmen mit ihren jeweiligen Vorteilen und Nachteilen, lassen sich die Stärken der genutz ten Algorithmen bestmöglich ausnutzen. So können beispielsweise mit einem Algorithmus zu nächst die Bildinformationen der Messdaten analysiert werden, wobei z. B. jede Bildinformation mit den örtlich benachbarten Bildinformationen verglichen wird. Dies kann als Vorsegmentie rung bezeichnet werden. Weiter kann dies z. B. vorteilhafterweise auf dreidimensionalen Mess daten durchgeführt werden. Jedoch können auch zweidimensionale Messdaten, die auch mit den dreidimensionalen Messdaten verknüpft sein können, verwendet werden. Ähnliche Bildin formationen werden dann zu einem homogenen Bereich zusammengefasst. Auf diese Weise wird mindestens ein homogener Bereich ermittelt. Dabei kann ein der Ermittlung des homoge nen Bereiches zugrundeliegender Algorithmus ungenau sein, so dass die Grenzen des homo genen Bereiches sich nicht mit den Positionen der Materialübergangsbereiche decken, die den homogenen Bereich begrenzen könnten. Mit einem weiteren Algorithmus kann die lokale Ähn lichkeit der Bildinformationen analysiert werden. Mittels der Analyse der lokalen Ähnlichkeit, können Bereiche ermittelt werden, in denen die Bildinformationen sich nur wenig mit benach barten Bildinformationen ähneln. Diese Bereiche können als erwartete Position eines Material übergangsbereichs identifiziert werden. Die erwartete Position kann sich dabei auch z. B. aus der Soll-Geometrie des Objekts oder aus einer anderen Darstellung der Messdaten ergeben.

Ein Grenzbereich des homogenen Bereichs wird dann mittels eines weiteren Algorithmus z. B. durch Verschieben seiner Position angepasst. Dabei kann die Ausdehnung des homogenen Be reichs verändert werden. Die Position des Grenzbereichs wird so lange angepasst, bis der Grenzbereich eine erwartete Position eines Materialübergangsbereichs umfasst. Nachteile ein zelner Algorithmen können damit durch die Verwendung weiterer Algorithmen ausgeglichen werden. Unter einem Grenzbereich wird dabei ein Teilbereich des homogenen Bereiches ver standen, der den homogenen Bereich begrenzt. Der Grenzbereich kann dabei eine vordefinierte Ausdehnung innerhalb des homogenen Bereichs aufweisen. Unter einer Umgebung eines Grenzbereiches wird ein Teilbereich des homogenen Bereiches und ein Teilbereich eines au ßerhalb des homogenen Bereiches angeordneter Bereich verstanden, der unmittelbar an den Grenzbereich anschließt. Innerhalb des homogenen Bereichs weist die Umgebung eine gerin gere Ausdehnung auf, als der homogene Bereich ohne den Grenzbereich.

In dem Beispiel können in der Darstellung der lokalen Ähnlichkeit Bereiche, die Werte aufwei sen, die einen bestimmen Schwellwert für die lokale Ähnlichkeit überschreiten, als Materialüber gangsbereiche zwischen verschiedenen Materialbereichen identifiziert werden. Bereiche, die von den Materialübergangsbereichen begrenzt werden, werden dann komplett demjenigen Ma terial zugeordnet, welches nach der Vorsegmentierung den größten Anteil an diesem Bereich hatte. Dabei kann es auch passieren, dass kein geschlossener Materialübergangsbereich zwi schen den Materialbereichen gebildet wird. Dieser kann beispielsweise durch eine morphologi sche Operation des „Closing“ geschlossen werden, bei der die betreffenden Materialübergangs bereiche zusammenwachsen und kleine Bereiche dazwischen entfernt werden.

In einem weiteren Beispiel kann alternativ oder zusätzlich eine Vorsegmentierung auf einer Dar stellung der lokalen Ähnlichkeit durchgeführt werden. Hierbei können beispielsweise Verfahren zur Wasserscheiden-transformation oder zum Region Growing verwendet werden. Auf diese Weise erhält man zusammenhängende Bereiche. Die Darstellung der lokalen Ähnlichkeit kann ebenfalls gefiltert werden oder anderen Operationen unterworfen werden, um stabilere Ergeb nisse zu erhalten. Ein Beispiel hierfür wäre ein Gauß-Filter.

Weiter kann das Analysieren der lokalen Ähnlichkeit beispielsweise auf einem Änderungsver lauf der Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen und/oder einer lokalen Varianz der Viel zahl von ortsaufgelösten Bildinformationen basieren.

Wenn die Bildinformationen z. B. Grauwerte sind, kann der Änderungsverlauf den Gradienten der ortsaufgelösten Grauwerte darstellen. Wenn die homogenen Bereiche auf Texturen begrün det werden, kann z. B. die lokale Varianz der Bildinformationen zur Bestimmung der lokalen Ähnlichkeit verwendet werden. Bei einer Gradientendarstellung handelt es sich dabei bevorzugt um den Betrag des lokalen Gradienten. In der Nähe von Materialübergangsbereichen zeigen sie erhöhte Werte an.

In einem weiteren Beispiel kann vor dem Segmentieren von mindestens zwei homogenen Be reichen das Verfahren weiter folgende Schritte aufweisen: Ausrichten einer digitalen Darstellung einer Soll-Geometrie an die digitale Objektdarstellung; wobei mindestens zwei homogene Berei che in den Messdaten und/oder in der digitalen Objektdarstellung auf Basis der digitalen Dar stellung einer Soll-Geometrie ermittelt werden.

Damit können z. B. die erwarteten Positionen der Materialübergangsbereiche aus der Soll-Geo metrie entnommen werden, um zumindest eine grobe Vor-Ausrichtung der Messdaten zu erhal ten. Dabei kann die Soll-Geometrie ein CAD-Modell des Objekts sein. Die Bereiche der Soll-Ge ometrie bzw. des CAD-Modells können dann den entsprechenden Bereichen der Messdaten zugeordnet werden. Das computerimplementierte Verfahren kann damit bei der Ermittlung der Position der Materialübergänge auf Vorwissen aus der Soll-Geometrie zurückgreifen. Dies kann im Rahmen einer Vorsegmentierung durchgeführt werden.

Alternativ oder zusätzlich können auch Informationen über die Geometrie des Objektes aus ei ner Messung mit einem anderen Sensor, z. B. optische Methoden wie die Streifenlichtprojek tion, verwendet werden.

Weiter kann das Ausrichten beispielsweise folgende Unterschritte aufweisen: Ermitteln einer di gitalen Darstellung der Materialübergangsbereiche des Objekts aus der lokalen Ähnlichkeit der Bildinformationen; und Anpassen der digitalen Darstellung der Soll-Geometrie und der digitalen Darstellung der Materialübergangsbereiche aneinander.

In diesem Beispiel werden die aus der lokalen Ähnlichkeit der Bildinformationen ermittelten Ma terialübergangsbereiche des Objekts an die digitale Darstellung der Soll-Geometrie angepasst, um eine Ausrichtung der digitalen Objektdarstellung zu bewirken. Dabei kann zunächst eine Darstellung der lokalen Ähnlichkeit der Grauwerte berechnet werden. Diese Darstellung kann z. B. durch erhöhte Grauwerte, diejenigen Bereiche in den Messdaten anzeigen, in denen ein Ma terialübergangsbereich vorhanden sein könnte, ohne genauere Informationen über die Art des jeweiligen Materialübergangsbereichs bereitzustellen. Die mittels der lokalen Ähnlichkeit ermit telte Darstellung kann dann direkt an das CAD angepasst werden. Auf diese Weise ist eine grobe, aber schnelle Ausrichtung möglich. Weiter kann das Ausrichten z. B. folgende Unterschritte aufweisen: Ermitteln mindestens eines Teils der Materialübergangsbereiche der digitalen Objektdarstellung; und Anpassen der digita len Darstellung der Soll-Geometrie und der digitalen Objektdarstellung aneinander auf Basis des mindestens eines Teils der Materialübergangsbereiche.

Dabei wird lediglich ein Teil der Materialübergangsbereiche ermittelt. Die Ermittlung des Teils der Materialübergangsbereiche kann dabei beispielsweise mittels eines Algorithmus erfolgen, bei dem eine Ermittlung der Materialübergangsbereiche durchgeführt wird, welche grob sein kann, d. h., dass nicht unbedingt alle Materialübergangsbereiche korrekt erfasst werden. Dabei kann es ausreichend sein, dass lediglich die äußeren Materialübergangsbereiche des Objekts zur Luft ermittelt werden. Dies kann für eine Grobausrichtung ausreichend sein. Diese Bestim mung der Materialübergangsbereiche kann optional mit einem schnellen Algorithmus, z. B. Iso50, oder auf Daten verringerter Auflösung durchgeführt werden, um Zeit zu sparen. Es kann jedoch auch eine Analyse der lokalen Ähnlichkeit zur Ermittlung der Materialübergangsbereiche durchgeführt werden. Die Ausrichtung der digitalen Objektdarstellung an die Soll-Darstellung wird in diesem Beispiel lediglich auf einen Teil der Materialübergangsbereiche gestützt.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Ermitteln mindestens eines Teils einer Oberfläche mittels eines schnellen Algorithmus durchgeführt werden.

Auf diese Weise kann ein Teil der Oberfläche in relativ kurzer Zeit ermittelt werden. Mit diesem ermittelten Teil der Oberfläche kann z.B. eine schnelle, grobe Ausrichtung der digitalen Objekt darstellung durchgeführt werden, auf die dann in einem späteren Schritt eine z. B. eine feinere Ausrichtung folgt. Weiter kann nach der schnellen Ermittlung des Teils der Oberfläche eine ge nauere Ermittlung der Materialübergangsbereiche erfolgen.

Gemäß einem Beispiel kann das Segmentieren von mindestens zwei homogenen Bereichen den folgenden Unterschritt aufweisen: Analysieren einer Häufigkeitsverteilung der Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen, wobei die Häufigkeitsverteilung auf der Häufigkeit von gleich artigen Bildinformationen der Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen des Objekts ba siert; und Ermitteln der mindestens zwei homogenen Bereiche auf Basis der Häufigkeitsvertei lung. Wenn die Bildinformationen zum Beispiel Grauwerte sind, dann ist die Häufigkeitsverteilung ein Grauwerthistogramm. Anhand einer Analyse der Häufigkeitsverteilung werden die typischen Grauwerte der vorhandenen homogenen Bereiche identifiziert. Mittels der typischen Grauwerte kann die Ermittlung der homogenen Bereiche vereinfacht werden. Dabei kann auch eine, ggf. automatische, Analyse des Grauwerthistogramms nach Ausschlägen durchgeführt werden, die auf ein bestimmtes Material hinweisen, um die Grauwerte der einzelnen Materialien zu identifi zieren. Dies ist automatisierbar, so dass eine Wartezeit auf eine Eingabe eines Benutzers ver mieden werden kann. Insbesondere kann dies für die Auswertung einer großen Zahl von Mes sungen, z. B. im inline-Betrieb, relevant sein. Gleichartige Bildinformationen sind dabei Bildinfor mationen, die z. B. als Grauwerte den gleichen Wert aufweisen oder in einem Grauwertintervall angeordnet sind, das kleiner als das Grauwertintervall bei der Bestimmung der homogenen Be reiche ist.

In einem weiteren Beispiel kann das Segmentieren von mindestens zwei homogenen Bereichen der digitalen Objektdarstellung den folgenden Unterschritt aufweisen: Analysieren der Objekt darstellung auf zusammenhängende Bereiche von gleichartigen Bildinformationen der Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen des Objekts zum Segmentieren von homogenen Berei chen; wobei jedem homogenen Bereich ein Material zugeordnet wird.

In diesem Beispiel wird eine automatische Analyse der Messdaten durchgeführt, um zusam menhängende Bereiche mit weitestgehend homogenen Grauwerten, d. h. gleichartigen Bildin formationen, zu identifizieren. Aus den ermittelten zusammenhängenden Bereichen können Rückschlüsse auf die typischen Grauwerte der vorhandenen Materialien gezogen werden.

Diese Information kann bei der Segmentierung als Vorsegmentierung verwendet werden. Dabei kann auch eine, ggf. automatische, Analyse des Grauwerthistogramms nach Ausschlägen, die auf ein bestimmtes Material hinweisen, um die Grauwerte des Volumens hinsichtlich zusam menhängender, weitestgehend homogener Grauwertbereiche zu untersuchen, durchgeführt werden. Dies ist automatisierbar, so dass eine Wartezeit auf eine Eingabe eines Benutzers ver mieden werden kann. Insbesondere kann dies für die Auswertung einer großen Zahl von Mes sungen, z. B. im inline-Betrieb, relevant sein.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Verfahren vor dem Segmentieren von mindestens zwei homogenen Bereiche der digitalen Objektdarstellung weiter den folgenden Schritt aufwei sen: Erstellen eines Labelfelds, das die homogenen Bereiche mittels ortsaufgelöster Labelwerte in den Messdaten und/oder der digitalen Objektdarstellung definiert; wobei jedem Labelwert mindestens ein Distanzwert eines Distanzfeld zugeordnet ist, wobei ein Distanzwert einen Ab stand zu einer nächstgelegenen Grenzfläche eines homogenen Bereichs darstellt, und wobei der Schritt Segmentieren der digitalen Objektdarstellung auf Basis des Labelfelds und des Dis tanzfelds durchgeführt wird.

Ein Labelfeld ordnet einem Ort in der digitalen Objektdarstellung ein Material zu. Dazu kann eine Zuordnung verschiedener Werte oder Wertintervalle der Bildinformationen, z. B. Grau werte, durchgeführt werden. So können z. B. bestimmte Intervalle, die sich jeweils zwischen zwei Schwellwerten befinden, verschiedenen Materialien zugeordnet werden. Gleichzeitig wer den mit der Zuordnung die homogenen Bereiche definiert. Das Labelfeld stellt implizit die gro ben Positionen der Materialübergangsbereiche dar. Jedem Labelwert wird dabei ein Distanz wert eines Distanzfelds zugeordnet, wobei der Distanzwert den kürzesten Abstand zu einer nächstgelegenen Grenzfläche des betreffenden homogenen Bereiches definiert. Das Distanz feld repräsentiert die Lage der Oberfläche implizit. Die endgültigen Materialübergangsbereiche der unterschiedlichen Materialien können subvoxelgenau mit Hilfe eines einzigen, ggf. vorzei chenlosen, Distanzfeldes gespeichert werden. Das Distanzfeld kann dabei darstellen bzw. spei chern, wo sich Oberflächen befinden. Ein Labelwert kann dabei auch mehreren Distanzwerten zugeordnet sein und damit z. B. in Überschneidungsbereichen der homogenen Bereiche ver schiedenen homogenen Bereichen zugeordnet werden. Zusammen mit dem Labelfeld kann für jeden Bereich der Oberfläche ermittelt werden, um welchen Materialübergangsbereich es sich handelt. Dies kann durch die Materialien angezeigt werden, welche im Labelfeld benachbart dargestellt sind. Da das Labelfeld bei der Bestimmung der Oberfläche oftmals sowieso vorliegt, ist ein Distanzfeld somit eine besonders effiziente Möglichkeit, diese zu beschreiben bzw. zu speichern.

In einem weiteren Beispiel kann der Schritt Ermitteln der Position mindestens eines Material übergangsbereichs die folgenden Unterschritte aufweisen: Bereitstellen einer Auswahl verschie dener Arten von Materialübergangsbereichen mittels einer Eingabe eines Benutzers und/oder mittels einer Auswertevorschrift; und Ermitteln der Position von Materialübergangsbereichen der segmentierten digitalen Objektdarstellung mit einer höheren Genauigkeit als bei dem Schritt Analysieren der lokalen Ähnlichkeit, lediglich auf Basis der ausgewählten Arten von Material übergangsbereichen. Damit wird die Ermittlung der Position der Materialübergangsbereiche auf bestimmte Arten von Materialübergangsbereichen beschränkt, welche durch eine Nutzereingabe, eine entspre chende Matrix oder eine Auswertevorschrift definiert werden. Nicht ausgewählte Arten von Ma terialübergangsbereichen, deren Positionen nicht benötigt werden, werden damit nicht ermittelt. Dies kann Rechenzeit/-kapazitäten einsparen.

Unter einer Art eines Materialübergangsbereichs wird z. B. der Übergang zwischen zwei be stimmten Materialien oder zwischen zwei verschiedenen Materialstrukturen innerhalb eines Ma terials verstanden. Eine Art eines Materialübergangs kann beispielsweise der Übergang zwi schen PVC und Stahl sein.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Schritt Ermitteln der Position mindestens eines Mate rialübergangsbereichs die folgenden Unterschritte aufweisen: Bereitstellen von Bereichen der digitalen Objektdarstellung mit benötigten Antastpunkten mittels einer Eingabe eines Benutzers und/oder mittels einer Auswertevorschrift; Bereitstellen einer Auswahl von Materialübergangs bereichen, deren Position zu ermitteln ist, auf Basis der bereitgestellten Bereiche der digitalen Objektdarstellung mit benötigten Antastpunkten.

Die Ermittlung der Position der Materialübergangsbereiche wird damit auf Bereiche in der Ob jektdarstellung beschränkt, in welchen laut Nutzereingabe oder Auswertevorschrift Antastpunkte benötigt werden, d. h., in welchen die Ermittlung der Position der Materialübergangsbereiche von Interesse ist. Die Bereiche in der Objektdarstellung, in denen die Positionen von Material übergangsbereichen von Interesse sind, können z. B. manuell übermittelt werden, z. B. in einer Auswertevorschrift definiert sein oder aus einer Auswertevorschrift abgeleitet werden, z. B. sämtliche Materialübergangsbereiche, für welche Fitpunkte benötigt werden. Materialüber gangsbereiche, in denen keine Antastpunkte benötigt werden, sind damit von der Ermittlung ausgenommen. Damit können weitere Rechenkapazitäten eingespart werden.

Das Verfahren kann nach dem Segmentieren von mindestens zwei homogenen Bereichen der digitalen Objektdarstellung beispielsweise weiter den folgenden Schritt aufweisen: Vordefinieren von Arten von Materialübergangsbereichen von an die segmentierte digitale Objektdarstellung anzupassenden Geometrieelementen des Objekts mittels einer Eingabe eines Benutzers und/o der mittels einer Auswertevorschrift; Anpassen von Geometrieelementen des Objekts an die segmentierte digitale Objektdarstellung auf Basis von Regionen der Objektdarstellung oder An tastpunkten in der Objektdarstellung, die eine vordefinierte Art von Materialübergangsbereichen zwischen den homogenen Bereichen aufweisen.

Damit werden beim Anpassen von Geometrieelementen, beispielsweise zur Durchführung von dimensioneilen Messungen, nur. Antastpunkte berücksichtigt, welche in Materialübergangsbe reich von der Art angeordnet sind, die durch eine Nutzereingabe oder eine Auswertevorschrift vorgegeben sind. In einer Auswertevorschrift oder in einer manuellen Definition von anzutasten den Geometrieelementen kann definiert werden, welche Materialen in dem gesuchten Material übergangsbereich zu erwarten sind. Dabei können auch die Orientierung und somit die Anord nung der jeweils beteiligten Materialien berücksichtigt werden. Es werden dann ausschließlich Antastpunkte in diesem Materialübergangsbereich gesetzt oder eine Warnung ausgegeben, sollten Antastpunkte in abweichenden Materialübergangsbereichen gesetzt werden. Dies kann optional ebenfalls auf Basis einzelner Antastpunkte definiert werden. Nicht benötigte Anpassun gen von Geometrieelementen werden damit vermieden.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Verfahren nach dem Segmentieren von mindestens zwei homogenen Bereichen der digitalen Objektdarstellung weiter den folgenden Schritt aufwei sen: Anpassen von Geometrieelementen des Objekts an die segmentierte digitale Objektdar stellung auf Basis von Materialübergangsbereichen zwischen den homogenen Bereichen; Er mitteln von Materialien der homogenen Bereiche an den Materialübergangsbereichen, an die das Geometrieelement angepasst wird; und Ausgeben von Informationen über die ermittelten Materialien der homogenen Bereiche an den Materialübergangsbereichen mit einem Ergebnis über das Anpassen des Geometrieelements.

Beim Anpassen von Geometrieelementen wird damit ermittelt, welche Materialien an den ermit telten Materialübergangsbereichen beteiligt sind. Diese Information kann als Teil des Messer gebnisses ausgegeben werden, z. B. als Meta-Information.

Die Art des Materialübergangsbereichs bzw. die beteiligten Materialien können z. B. als 3D-/2D- Ansicht der Messdaten oder in einer Darstellung oder Auflistung der angepassten Geometrie elemente farbcodiert visualisiert werden. Weiter betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit auf einem Computer ausführba ren Instruktionen, welche auf einem Computer ausgeführt den Computer dazu veranlassen, das Verfahren nach der vorhergehenden Beschreibung durchzuführen.

Vorteile und Wirkungen sowie Weiterbildungen des Computerprogrammprodukts ergeben sich aus den Vorteilen und Wirkungen sowie Weiterbildungen des oben beschriebenen Verfahrens. Es wird daher in dieser Hinsicht auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. Unter einem Computerprogrammprodukt kann z. B. ein Datenträger verstanden werden, auf dem ein Com puterprogrammelement gespeichert ist, das für einen Computer ausführbare Instruktionen auf weist. Alternativ oder zusätzlich kann unter einem Computerprogrammprodukt beispielsweise auch ein dauerhafter oder flüchtiger Datenspeicher, wie Flash-Speicher oder Arbeitsspeicher, verstanden werden, der das Computerprogrammelement aufweist. Weitere Arten von Daten speichern, die das Computerprogrammelement aufweisen, seien damit jedoch nicht ausge schlossen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Flussdiagramm des computerimplementierten Verfahrens;

Fig. 2 ein Flussdiagramm mit Unterschritten eines Ausführungsbeispiels des Schritts

Segmentieren;

Fig. 3 ein Flussdiagramm mit Unterschritten eines weiteren Ausführungsbeispiels des

Schritts Segmentieren;

Fig. 4 ein Flussdiagramm mit Unterschritten eines Ausführungsbeispiels des Schritts

Ermitteln;

Fig. 5 ein Flussdiagramm mit Unterschritten eines Ausführungsbeispiels des Schritts

Ausrichten;

Fig. 6a-e eine schematische Darstellung einer Abfolge von Schritten eines Ausführungs beispiels des Verfahrens; und Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Multi-Materialübergangsbereichs.

Das computerimplementierte Verfahren zur Segmentierung von Messdaten aus einer Messung eines Objekts mit folgenden in seiner Gesamtheit mit dem Referenzzeichen 100 bezeichnet.

Das computerimplementierte Verfahren 100 wird zunächst mittels der Figur 1 erläutert.

Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des computerimplementierten Verfah rens 100 zur Segmentierung von Messdaten aus einer Messung eines Objekts. Dabei weist das Objekt mindestens einen Materialübergangsbereich auf.

In einem ersten Schritt 102 werden die Messdaten des Objektes ermittelt. Die Ermittlung der Messdaten kann dabei zum Beispiel mittels einer computertomographischen (CT) Messung er folgen. Damit seien jedoch andere Verfahren zur Ermittlung der Messdaten wie zum Beispiel Magnetresonanztomographie usw. nicht ausgeschlossen. Mittels der Messdaten wird eine digi tale Objektdarstellung mit dem mindestens einen Materialübergangsbereich erzeugt. Die digi tale Objektdarstellung umfasst eine Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen des Objekts.

Wenn die Messdaten CT-Daten sind, müssen sie nicht zwingend nur aus einem einzelnen Grauwert pro Voxel bestehen. So können es multimodale Daten, d. h. Daten mehrerer Senso ren, oder Daten aus einem Multienergie-CT-Scan sein, so dass für jeden Voxel mehrere Grau werte vorliegen. Weiterhin können auch Ergebnisse von Analysen auf den ursprünglichen Messdaten als weiterer ortsaufgelöster Grauwert in dem Verfahren 100 genutzt werden, bei spielsweise das Ergebnis einer Analyse der Faserorientierung oder der lokalen Porosität. Die zusätzlichen Informationen, die z. B. als Farbkanäle bezeichnet werden können, können somit wie bunte Voxeidaten interpretiert werden, auch wenn keine Farben des sichtbaren Spektrums repräsentiert werden. Diese zusätzlichen Informationen können in dem Verfahren 100 gewinn bringend genutzt werden.

In einem optionalen Schritt 114 wird eine digitale Darstellung einer Soll-Geometrie des Objektes an die digitale Objektdarstellung aus den ermittelten Messdaten gemäß Schritt 102 ausgerich tet. Die digitale Darstellung einer Soll-Geometrie des Objektes kann zum Beispiel eine CAD- Darstellung des Objektes sein, die vor der Herstellung des Objektes erstellt wurde. Die Geomet rie im CAD-Modell muss nicht zwingend als Oberfläche oder Materialübergangsbereich be schrieben sein. Stattdessen oder zusätzlich kann es auch als Bilderstapel, Voxeivolumen oder Distanzfeld implizit dargestellt werden. Dies kann insbesondere bei einer additiven Fertigung verwendet werden. Weiter kann diese Information direkt bzw. ohne aufwendige Umrechnung in ein Labelfeld übersetzt werden. Weitere Darstellungsformen der Soll-Geometrie werden damit jedoch nicht ausgeschlossen.

Es werden mindestens zwei homogene Bereiche in den Messdaten und/oder in der digitalen Objektdarstellung auf Basis der digitalen Darstellung der Soll-Geometrie ermittelt. Da in der di gitalen Darstellung der Soll-Geometrie die Materialübergangsbereiche und die Bauteile des Ob jektes bzw. die Bereiche des Objektes mit homogenen Materialien bekannt sind, kann aus der digitalen Darstellung der Soll-Geometrie nach dem Ausrichten im Schritt 114 auf homogene Be reiche in den Messdaten bzw. in der digitalen Objektdarstellung, die aus den Messdaten er zeugt wird, geschlossen werden.

Bei der Ausrichtung, d. h. bei der Anpassung der Geometriebereiche der Soll-Geometrie auf die Messdaten kann berücksichtigt werden, welche Materialien am Grauwertübergang beteiligt sind und wie sie angeordnet sind. Aus der Anordnung der Materialien kann sich die Orientierung des Materialübergangs ergeben. Diese Information ist meist in der Soll-Geometrie bekannt und kann jeweils lokal leicht aus den Messdaten ermittelt werden. Hiermit kann vermieden werden, dass nicht zueinanderpassende Materialübergangsbereiche einander zugeordnet werden, was eine fehlerhafte Ausrichtung zur Folge hätte.

Die Ausrichtung kann auch mittels einer nicht-rigiden Abbildung zwischen den Messdaten und der Soll-Geometrie durchgeführt werden.

In einem weiteren optionalen Schritt 130 kann im Rahmen einer optionalen Vorsegmentierung ein Labelfeld erstellt werden, das die homogenen Bereiche mittels ortsaufgelöster Labelwerte in den Messdaten und/oder in der digitalen Objektdarstellung definiert.

Das Labelfeld kann mit einem vorzeichenbehafteten oder vorzeichenlosen Distanzfeld kombi niert werden. Dabei wird jedem Labelwert mindestens ein Distanzwert des Distanzfeldes zuge ordnet. Ein Distanzwert beschreibt dabei den Abstand zu einer nächstgelegenen Grenzfläche des homogenen Bereiches. Für jedes Material kann ein separates Distanzfeld erstellt werden.

Die Grenzflächen des homogenen Bereiches sind in den Materialübergangsbereichen angeord net. Dabei kann ein Labelwert mehreren Distanzfeldern zugeordnet sein und damit mehreren Distanzwerten zugeordnet sein. D. h. die Materialübergangsbereiche für jedes Material in einem Objekt können jeweils durch ein eigenes Distanzfeld dargestellt werden. Mit einem Distanzfeld kann die Größe eines homogenen Bereiches mit geringem Speichereinsatz und mit wenig Re chenaufwand festgehalten werden.

Dabei kann Vorwissen genutzt werden, das z. B. darauf hinweist, dass von einem bestimmten Material im Objekt nur zusammenhängende Bereiche eines Volumens einer spezifischen Größe im Messbereich Vorkommen können. Dies kann bei der Erstellung des Labelfelds berücksichtigt werden, indem ein zusammenhängender Bereich, der größerer ist, dann nicht diesem Material zugeordnet wird. Dies verringert Fehler bei der Segmentierung.

So können zum Beispiel Schrauben einer gewissen Maximalgröße im Messbereich vorhanden sein. Sollte durch das Verfahren an einer Stelle im Messvolumen ein größerer Bereich diesem Material zugeordnet werden, kann auf diese Weise festgestellt werden, dass die Zuordnung vermutlich fehlerhaft war.

Die Durchführung einer Ausrichtung, bzw. einer Registrierung an die Soll-Geometrie, z. B. ei nem CAD-Modell, kann prinzipiell so durchgeführt werden, dass Materialübergangsbereiche aus der Messung an die entsprechenden Materialübergangsbereiche der Soll-Geometrie ange passt werden. D. h., es wird diejenige Pose gesucht, bei der diese möglichst gut übereinstim men. Dabei können auch explizit besondere Merkmale der Geometrien wie Ecken und Kanten identifiziert werden, um eine geeignete Zuordnung zu finden. Hierbei kann vom Benutzer oder von der Auswertevorschrift ausgewählt werden, welche Materialien, Materialübergänge oder Komponenten der Soll-Geometrie berücksichtigt bzw. nicht berücksichtigt werden sollen. Zu dem kann, mit dem Wissen über die Art des Übergangs in den Messdaten, eine inkorrekte Zu ordnung und somit eine inkorrekte Registrierung verhindert werden.

Jegliche Registrierung, z. B. zwischen den Messdaten und der Soll-Geometrie kann auch nicht rigide durchgeführt werden.

Weiter kann bei der Erstellung eines Labelfelds in den Messdaten nach bekannten Geometrie elementen, z. B. einer Schraube, aus einer Datenbank gesucht werden. Wird ein Geometrieele ment bzw. innerhalb vorgegebener Grenzen ähnliches Geometrieelement im Messvolumen identifiziert, kann das Wissen über die Soll-Geometrie bei der weiteren Auswertung genutzt werden, indem beispielsweise den Grauwertbereichen bei der Vorsegmentierung das entspre chende Materiallabel zugeordnet wird oder die dazugehörige Soll-Geometrie an das Geometrie element angepasst wird. Weiter kann alternativ oder zusätzlich ein entsprechender Auswerte plan automatisch aufgerufen werden. In einem weiteren Beispiel kann das Objekt in einem Sze nenbaum automatisch gekennzeichnet bzw. benannt werden. Die Suche bekannten Geometrie elementen aus einer Datenbank kann auch in weiteren Schritten des Verfahrens 100 durchge führt werden.

In einem weiteren Schritt 104 werden aus der digitalen Objektdarstellung mindestens zwei ho mogene Bereiche segmentiert. Wenn eine optionale Vorsegmentierung durchgeführt wurde, kann Schritt 104 als Hauptsegmentierung bezeichnet werden. Dabei werden homogene Berei che in der digitalen Objektdarstellung ermittelt und voneinander abgegrenzt. Wenn ein Labelfeld gemäß Schritt 130 genutzt wird, wird der Schritt 104 auf Basis des Labelfelds und des Distanz felds durchgeführt.

Im Schritt 104 können Informationen von anderen Sensoren verwendet werden. Bei der Anpas sung der Lage der Materialübergangsbereiche werden die mit diesen Sensoren gewonnenen Oberflächeninformationen verwendet um die Materialübergangsbereiche in diese Richtung zu erweitern bzw., um zu verhindern, dass Materialübergangsbereiche über die so festgestellten Oberflächen hinaus ausgedehnt werden.

Nach dem Schritt 104 kann optional der Schritt 140 durchgeführt werden. Im Schritt 140 werden Materialübergangsbereiche vordefiniert, indem Geometrieelemente des Objekts von einem Be nutzer eingegeben und/oder aus einer Auswertevorschrift entnommen werden. Die Geometrie elemente sollen dabei an die Materialübergangsbereiche der segmentierten digitalen Objektdar stellung angepasst werden. So kann zum Beispiel ein Zylinder an einen zylinderförmigen homo genen Bereich, der durch entsprechende Materialübergangsbereiche begrenzt wird, angepasst werden.

In einem weiteren optionalen Schritt 142 werden die Geometrieelemente des Objekts an die segmentierte digitale Objektdarstellung angepasst. Dabei werden die vordefinierten Material übergangsbereiche gesucht, die zwischen homogenen Bereichen angeordnet sind. Die Regio nen der Objektdarstellung oder Antastpunkte in der Objektdarstellung, die derartige vordefi nierte Materialübergangsbereiche aufweisen, werden zur Anpassung der Geometrieelemente des Objekts an die segmentierte digitale Objektdarstellung verwendet. Weiter können in den Messdaten beispielsweise kleine Hohlstellen im Inneren des Materials o- der Materialpartikel in der Luft identifiziert und entfernt werden, da diese meist unerwünschte Fehlsegmentierungen, die aus einem Rauschen resultieren. Gemäß einem weiteren Beispiel kann die segmentierte Oberfläche geglättet werden, um den Einfluss des Rauschens zu mini mieren. Solche Maßnahmen sind prinzipiell nach jedem Schritt denkbar und können unter ande rem dabei helfen, die Stabilität der Ergebnisse zu verbessern und die nötige Rechenzeit in den darauffolgenden Schritten zu verringern.

Im Schritt 106 wird die Position von mindestens einem Materialübergangsbereich ermittelt, der zwischen den mindestens zwei homogenen Bereichen angeordnet ist. Dabei werden aus der segmentierten digitalen Objektdarstellung die Regionen zwischen zwei homogenen Bereichen ermittelt. Die Positionen der Materialübergangsbereiche werden in diesen Regionen zwischen den zwei homogenen Bereichen angenommen und ermittelt.

In den Schritten 130, 104 und 106 können verschiedene Messdaten verwendet werden. So kön nen bei der Vorsegmentierung in Schritt 130 andere Messdaten, z. B. ein anderer Volumenda tensatz, der z. B. aus MRT oder Ultraschall gewonnen wird, durchgeführt werden, und die Hauptsegmentierung auf CT-Daten durchgeführt werden. Hierfür ist es jedoch erforderlich, dass die Datensätze der unterschiedlichen Modalitäten aneinander ausgerichtet werden.

Alternativ oder zusätzlich zu den Schritten 140 und 142 können in einem weiteren optionalen Schritt 144 Geometrieelemente des Objekts auf Basis von Materialübergangsbereichen zwi schen den homogenen Bereichen an die segmentierte digitale Objektdarstellung angepasst werden. In diesem Schritt werden im Gegensatz zu Schritt 140 nicht vordefinierte Materialüber gangsbereiche, sondern Materialübergangsbereiche verwendet, die aus dem Ermitteln der Po sition mindestens eines Materialübergangsbereichs zwischen den mindestens zwei homogenen Bereichen im Schritt 106 ermittelt wurden.

In einem darauffolgenden weiteren optionalen Schritt 146 werden die Materialien der homoge nen Bereiche an den Materialübergangsbereichen ermittelt, an die das Geometrieelement an gepasst wird. Dies kann zum Beispiel mittels der Bildinformationen erfolgen. Wenn die Bildinfor mationen Grauwerte sind, können bestimmte Grauwertintervalle bestimmten Materialien zuge ordnet werden. Auf diese Weise können Materialien in den homogenen Bereichen bestimmt werden. In einem weiteren optionalen Schritt 148 werden Informationen über die ermittelten Materialien in den homogenen Bereichen an den Materialübergangsbereichen als Meta-Information eines Ergebnisses über das Anpassen des Geometrieelements ausgegeben. Die Information über die ermittelten Materialien kann mit Vorwissen über das Objekt verglichen werden. So kann zum Beispiel ein bestimmtes Material für ein bestimmtes Geometrieelement in dem Objekt vorgese hen sein. Das ermittelte Material für das entsprechende Geometrieelement sollte dann das glei che Material sein. Bei Abweichungen können fehlerhafte Anpassungen oder Fehler in der Her stellung des Objekts ermittelt werden.

In Figur 2 sind optionale Unterschritte des Schritts 104 und des Schritts 106 dargestellt. Ein ers ter optionaler Unterschritt 107 umfasst das Ermitteln von mindestens zwei homogenen Berei chen in den Messdaten und/oder in der digitalen Objektdarstellung. Dazu werden die Bildinfor mationen daraufhin analysiert, ob homogene Bereiche vorhanden sind, zum Beispiel Bereiche innerhalb eines Grauwertintervalls oder mit ähnlicher Textur.

In einem weiteren optionalen Unterschritt 108 wird die lokale Ähnlichkeit der Vielzahl von orts aufgelösten Bildinformation analysiert. Dabei kann zum Beispiel ein Änderungsverlauf der Viel zahl von ortsaufgelösten Bildinformation analysiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine lokale Varianz der Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen analysiert werden. Die lokale Varianz ist schneller berechenbar und an Multi-Materialübergangsbereichen robuster als die Verwendung von Änderungsverläufen. Aus der lokalen Ähnlichkeit können erwartete Positionen der Materialübergangsbereiche zwischen verschiedenen Komponenten des Objekts ermittelt werden. Diese erwarteten Positionen der Materialübergangsbereiche sind die Positionen erwar teten Grenzen der homogenen Bereiche, die im Unterschritt 107 ermittelt wurden.

Darauf werden in einem weiteren optionalen Unterschritt 110 die homogenen Bereiche ange passt. Dazu wird die Ausdehnung jedes homogenen Bereiches verändert, sodass ein Grenzbe reich jedes homogenen Bereiches an der erwarteten Position eines Materialübergangsbereichs angeordnet ist. Die erwarteten Positionen der Materialübergangsbereiche begrenzen damit die homogenen Bereiche in der Objektdarstellung.

In einem weiteren optionalen Unterschritt 112 des Schritts 106 wird die Position mindestens ei nes Materialübergangsbereichs in dem mindestens einen Grenzbereich gemäß Unterschritt 110 ermittelt. Dabei kann auch die Umgebung des mindestens einen Grenzbereichs bei der Ermitt lung der Position des mindestens einen Materialübergangsbereichs einbezogen werden. Da der Grenzbereich an einer erwarteten Position eines Materialübergangsbereichs angeordnet ist, ist der Suchradius für den mindestens einen Materialübergangsbereich auf den Grenzbereich bzw. auf den Grenzbereich und seine Umgebung beschränkt.

Alternativ oder zusätzlich kann die Vorsegmentierung bereits auf einer Darstellung der lokalen Ähnlichkeit durchgeführt werden. Hierbei können beispielsweise Verfahren zur Wasserschei dentransformation oder zum Region Growing verwendet werden. Auf diese Weise erhält man zusammenhängende Bereiche. Die Darstellung der lokalen Ähnlichkeit kann ebenfalls gefiltert werden oder anderen Operationen unterworfen werden, um stabilere Ergebnisse zu erhalten. Ein Beispiel hierfür wäre ein Gauß-Filter.

In einem weiteren optionalen Unterschritt dieser Variante der Vorsegmentierung können diese zusammenhängenden Bereiche dann einem spezifischen Material zugeordnet werden, indem beispielsweise eine Analyse der den Bereichen zugehörigen Bildinformationen, die als Grau werte vorliegen können, in den ursprünglichen Messdaten durchgeführt wird.

Weitere Verfahren zur Vorsegmentierung können z. B. anhand des Gradienten von Bildinforma tionen, die z. B. als Grauwerte vorliegen, im Volumen einen ortsabhängigen elektrischen Wider stand modellieren. Danach wird für jedes Material bzw. für jede Komponente ein kleiner Start bereich definiert. Dies kann auch mit Hilfe einer Region-of-lnterest-Vorlage oder eine Soll-Geo metrie, z. B. einer CAD-Darstellung, durchgeführt werden. Die Potentiallinien bilden insbeson dere bei biologischen Strukturen eine gute Abschätzung der Materialübergangsbereiche.

Zur Vorsegmentierung können weiter durch Machine Learning trainierte Algorithmen verwendet werden. Weiter kann alternativ oder zusätzlich von durch andere Modalitäten bzw. Sensoren er mitteltes Vorwissen, z. B. von Multi-Sensoren, bei der Vorsegmentierung verwendet werden.

Ergebnis der Vorsegmentierung ist ein vorläufiges Labelfeld, ggf. inklusive Distanzfeldern.

Das Labelfeld und/oder unabhängig davon das Distanzfeld können zur Steigerung der Genauig keit bzw. zur Verringerung der Datenmengen in variierenden Auflösungen gespeichert werden. Bei Bedarf können zusätzliche Distanzfelder oder eine Beschreibung der lokalen Normalenrich- tung im Rahmen eines Normalenfelds hinzugefügt werden, um Ecken und Materialübergangs bereiche, in welchen viele Materialien aufeinandertreffen, genauer beschreiben zu können. Ein Kriterium dafür, dass, ggf. lokal, eine höhere Auflösung benötigt wird, kann beispielsweise das Vorhandensein von Ecken und Mehrfachkanten bzw. das Aufeinandertreffen von mehreren Ma terialien oder eine starke Änderung bzw. räumliche Variation des Normalenfelds sein.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schritts 104, das alternativ oder zusätzlich verwendet werden kann. Der Schritt 104 umfasst dabei den optionalen Unterschritt 124, bei dem eine Häufigkeitsverteilung der Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen analysiert wird. Die Häufigkeitsverteilung basiert dabei auf der Häufigkeit von gleichartigen Bildinformatio nen der Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen des Objekts. Dies kann zum Beispiel ein Histogramm der Bildinformationen sein. Wenn die Bildinformationen zum Beispiel Grauwerte sind, ist dies ein Grauwert-Histogramm. Gleichartige Bildinformationen wären in diesem Fall Grauwerte verschiedener Positionen der digitalen Objektdarstellung mit dem gleichen Wert.

In einem weiteren optionalen Unterschritt 126 werden auf Basis der Häufigkeitsverteilung die mindestens zwei homogenen Bereiche ermittelt. Wenn verschiedene Materialien zum Beispiel unterschiedliche Grauwertbereiche aufweisen, kann aus dem Grauwert-Histogramm ein Grau wertintervall für ein bestimmtes Material abgeleitet werden. Mittels dieser ermittelten Grauwert intervalle können dann die homogenen Bereiche ermittelt werden.

In einem weiteren optionalen Unterschritt 128, der alternativ oder zusätzlich zu den Unterschrit ten 124 und 126 verwendet werden kann, wird die Objektdarstellung auf zusammenhängende Bereiche von gleichartigen Bildinformationen der Vielzahl von ortsaufgelösten Bildinformationen des Objekts analysiert. Die Analyse dient dazu, die homogenen Bereiche zu Segmentieren und jedem homogenen Bereich Material zuzuordnen. Durch die Ermittlung der zusammenhängen den Bereiche von gleichartigen Bildinformationen sind bereits zumindest die zusammenhängen den Bereiche homogen ausgebildet. Durch die Analyse der verschiedenen zusammenhängen den Bereiche können mehrere zusammenhängende Bereiche zusammengefügt werden, die ähnliche Bildinformationen aufweisen.

Gemäß Figur 4 wird eine Ausführungsform des Schritts 106 dargestellt. In einem optionalen Un terschritt 132 wird eine Auswahl verschiedener Arten von Materialübergangsbereichen bereitge stellt. Die Bereitstellung kann mittels einer Eingabe eines Benutzers und/oder mittels einer Aus- Wertevorschrift durchgeführt werden. Mit der Auswahl von Arten von Materialübergangsberei chen können spezifizierte Materialübergangsbereiche bereitgestellt werden, die zum Beispiel bei einer Qualitätsüberprüfung eines Objektes von Interesse sind.

In einem weiteren optionalen Unterschritt 134 können nach dem Unterschritt 132 zumindest die Positionen der ausgewählten Arten von Materialübergangsbereichen ermittelt werden. Die Er mittlung der Positionen erfolgt dabei mit einer sehr hohen Genauigkeit. Die Genauigkeit ist da bei höher als in dem Unterschritt 108, der oben beschrieben wurde. Dabei ist es jedoch nicht erforderlich, dass der Unterschritt 108 vorher durchgeführt wurde, d.h. die Unterschritte 134 und 108 können alternativ oder in Kombination durchgeführt werden. Wenn lediglich die Positionen der ausgewählten Arten von Materialübergangsbereichen mit erhöhter Genauigkeit ermittelt werden, kann Rechenzeit eingespart werden, da die Positionen der verbleibenden Materialüber gangsbereiche nicht bzw. nicht mit erhöhter Genauigkeit ermittelt werden.

In einem alternativen oder zusätzlichen optionalen Unterschritt 136 des Schritts 106, können Bereiche der digitalen Objektdarstellung mit benötigten Antastpunkten bereitgestellt werden. Diese Bereiche können mittels einer Eingabe eines Benutzers und/oder mittels einer Auswerte vorschrift bereitgestellt werden. Die bereitgestellten Bereiche mit den benötigten Antastpunkten können zum Beispiel bei einer Qualitätsüberprüfung eines Objektes von Interesse sein.

In einem weiteren optionalen Unterschritt 138 können Materialübergangsbereiche ausgewählt und bereitgestellt werden, die in oder an den bereitgestellten Bereichen der digitalen Objektdar stellung angeordnet sind, in denen Antastpunkte benötigt werden, und deren Position ermittelt werden soll. Mit diesem Unterschritt kann Rechenzeit eingespart werden, da lediglich in den Be reichen Materialübergangsbereiche ausgewählt und bereitgestellt werden, in denen Antast punkte benötigt werden. In anderen Bereichen, in denen keine Antastpunkte benötigt werden, kann auf die Ermittlung der Position von Materialübergangsbereichen verzichtet werden.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform des Schritts 114. In einem optionalen Unterschritt 116 kann eine digitale Darstellung der Materialübergangsbereiche des Objektes aus der lokalen Ähnlich keit der Bildinformationen ermittelt werden. So können zum Beispiel Materialübergangsbereiche in Regionen der digitalen Objektdarstellung angenommen werden, wenn die lokale Ähnlichkeit der Bildinformationen in diesen Regionen geringer ist als außerhalb. In einem weiteren optionalen Unterschritt 118 können nach dem Unterschritt 116 die digitale Darstellung der Soll-Geometrie und der digitalen Darstellung der Materialübergangsbereiche aneinander angepasst werden. Da die Materialübergangsbereiche unter anderem Oberflächen oder Materialgrenzen des Objekts aufweisen können, die ebenfalls in der Soll-Geometrie vor handen sind, können die Materialübergangsbereiche an die Oberflächen oder Materialgrenzen, die in der Soll-Geometrie vorhanden sind, ausgerichtet werden. Damit kann zumindest eine grobe Ausrichtung der Messdaten in Form der digitalen Objektdarstellung kann die Soll-Geo metrie erfolgen.

In einem weiteren optionalen Unterschritt 120, der alternativ oder zusätzlich zu den Unterschrit ten 116 und 118 durchgeführt werden kann, kann mindestens ein Teil der Materialübergangsbe reiche der digitalen Objektdarstellung ermittelt werden. Mit diesem Teil der Materialübergangs bereiche können in einem weiteren Unterschritt 122 die digitale Darstellung der Soll-Geometrie und die digitale Objektdarstellung aneinander angepasst werden. Für die Ausrichtung der digita len Objektdarstellung an die Soll-Geometrie ist es daher nicht erforderlich, alle Materialüber gangsbereiche zu kennen bzw. zu ermitteln. Lediglich ein Teil der Materialübergangsbereiche kann erforderlich sein, zum Beispiel die äußeren Oberflächen des Objektes, um eine Ausrich tung der Messdaten in Form der digitalen Objektdarstellung an die Soll-Geometrie zu bewirken.

Der optionale Schritt 130 und einige weitere Schritte des Verfahrens 100 werden im Folgenden mittels der Figuren 6a bis 6e näher erläutert, die eine Verwendung eines Labelfelds im Zusam menhang mit dem Verfahren 100 darstellen. Dabei zeigt Figur 6a schematisch eine digitale Dar stellung 10 von Bildinformationen aus Messdaten eines Teilbereichs eines Objektes. Diese schematische digitale Objektdarstellung kann zum Beispiel eine Schnittdarstellung einer com putertomographischen Messung sein. In diesem Fall können die Bildinformationen Grauwerte sein, die aus Übersichtlichkeitsgründen in der Figur 6a nicht als Grauwerte dargestellt sind. Le diglich Übergangsbereiche, in den sich die Grauwerte stark ändern, sind als Linien dargestellt.

Das Objekt weist die Unterbereiche 12, 14, 16 und 18 auf, deren Bildinformationen jeweils ho mogene Bereiche bilden. Der Unterbereich 12 ist mittels des Materialübergangsbereichs 20 ge genüber dem Unterbereich 14 abgegrenzt. Gegenüber den Unterbereichen 16 und 18 ist der Unterbereich 12 durch den Materialübergangsbereich 22 abgegrenzt. Zwischen dem Unterbe reich 16 und dem Unterbereich 18 ist der Materialübergangsbereich 24 angeordnet. In der digi talen Darstellung 10 der Bildinformationen sind jedoch weiter die Übergangsbereiche 26, 28 und 30 zu erkennen, die jedoch aus Abschattungen oder anderen Artefakten resultieren und keine Materialübergangsbereiche darstellen.

Konventionelle Algorithmen haben dabei Probleme die Übergangsbereiche 26, 28 und 30 von Materialübergangsbereichen 20, 22 und 24 zu unterscheiden. Daher kann zunächst eine optio nale Vorsegmentierung durchgeführt, bei der die Bildinformationen analysiert werden.

Dabei ist in Figur 6b die Darstellung 10 der Bildinformationen aus Figur 6a mit einem Raster als Labelfeld 32 dargestellt. Das Labelfeld 32 kann eine beliebige Auflösung aufweisen und zum Beispiel gröber als die Auflösung der Voxel oder Pixel, voxel-/pixelgenau oder subvoxel-/subpi- xelgenau sein. Das Labelfeld 32 und/oder das Distanzfeld wird in den meisten Fällen die glei che Struktur und Auflösung wie die Messdaten aufweisen. Jedoch kann z. B. eine geringere Auflösung und somit größere Zellen, aber auch eine anisotrope Auflösung und somit Quader anstatt Würfel, gewählt werden. Weiter kann auch die Struktur, z. B. Tetraeder anstatt Würfel, angepasst werden. Zudem ist es nicht zwingend notwendig, mit Hilfe von einem oder mehreren Distanzfeldern eine subvoxeigenaue Repräsentation von den Materialübergangsbereichen zu ermöglichen. Erst bei bzw. nach der Ermittlung der Position der Materialübergangsbereiche kann dies nötig werden. Daher kann Rechenzeit sowie Speicherplatz gespart werden, wenn bei der Segmentierung lediglich auf dem Labelfeld gearbeitet wird und Distanzfelder erst bei der Er mittlung der Positionen der Materialübergangsbereiche verwendet werden.

Wenn die Bildinformationen zum Beispiel Grauwerte sind, können Grauwerte unterhalb eines gewissen Schwellenwertes einem ersten Material zugeordnet werden, zum Beispiel Luft, die in Figur 6b mit Label „o“ gekennzeichnet wird. Grauwerte oberhalb eines weiteren Schwellenwer tes werden einem zweiten Material zugeordnet, das in Figur 6b mit dem Label „+“ dargestellt ist. Grauwerte, die zwischen den beiden Schwellwerten liegen, können einem dritten Material zuge ordnet werden, dass in Figur 6b mit dem „x“ gekennzeichnet ist.

Das Labelfeld kann mit einem Distanzfeld kombiniert sein.

Weiter können die Informationen aus der Soll-Geometrie über die einzelnen Teile des Objekts verwendet werden, z. B. bei Steckern mit nummerierten Pins 1 - 9, um Informationen über die jeweiligen Materialien zu erhalten. Demnach können auch Regionen des gleichen Materials auf verschiedene Teile des Objekts aufgeteilt werden. Auf diese Weise wird es übersichtlicher, die Messdaten auszuwerten. Im Idealfall werden die Regionen in einer bereits in der Soll-Geomet rie definierten Hierarchiestruktur aufgelistet bzw. angezeigt.

Analog können auch die im Labelfeld getrennten bzw. nicht verbundenen Bereiche des gleichen Materials automatisch in verschiedene Teile aufgeteilt werden.

In einem nächsten Schritt wird gemäß Figur 6c eine Darstellung 34 ermittelt, die aus einer Ana lyse der lokalen Ähnlichkeit der Bildinformationen gewonnen wird. Dies kann zum Beispiel eine Gradientendarstellung sein. Hier sind die Materialübergangsbereiche 20 und 22 sowie 24 deut lich erkennbar. Die Übergangsbereiche 26 bis 30 sind dieser Darstellung nicht zu sehen. Im Ge gensatz zu der Darstellung 10 der Bildinformationen können jedoch die einzelnen Unterberei che des Objekts nicht qualitativ voneinander unterschieden werden. D.h., aus der Darstellung gemäß Figur 6c kann nicht auf das Material eines Unterbereiches geschlossen werden.

Die Darstellung 34 wird mit dem Labelfeld 32 verknüpft, wie in Figur 6d beispielhaft dargestellt ist. Dabei wird erkennbar, dass die homogenen Bereiche nicht an allen Abschnitten von den Materialübergangsbereiche 20, 22 und 24 begrenzt werden. Im Rahmen einer Hauptsegmentie rung gemäß Schritt 104, die bei Durchführung des optionalen Schritts 130 verwendet wird, wer den daher die Grenzen der homogenen Bereiche verschoben, in dem homogene Bereiche um- gelabelt werden, zum Beispiel an dem Pfeilen 36 und 40 von „o“ zu „x“ und am Pfeil 38 von „+“ zu „x“. Der Bereich, der am Pfeil 36 bzw. 40 das Label „o“ aufwies, ist in Figur 6e verschwunden und gehört nun zu dem Bereich mit dem Label „x“. Am Pfeil 38 wurde der Bereich mit dem La bel „+“ verkleinert und der Bereich mit dem Label „o“ vergrößert. Ähnliches geschieht an den Pfeilen 42, 44 und 46. An den Pfeilen 46 und 44 wachsen dabei zwei vorher getrennte homo gene Bereiche mit dem Label „+“ zusammen wobei ein Bereich mit dem Label „x“ verschwindet.

Alternativ oder zusätzlich können zur Erstellung des Labelfelds einzelne Bereiche in der digita len Objektdarstellung markiert werden, welche einem Material zugehörig sind. Die Markierung wird intelligent automatisch bis zum nächsten Materialübergangsbereich erweitert. Es ist auch möglich, einen Materialübergangsbereich durch einen Benutzer kennzeichnen zu lassen und automatisch zu vergrößern bis der Materialübergangsbereich z.B. mit anderen Materialüber gangsbereichen zusammenstößt, so dass der Benutzer nicht gezwungen ist, einen vollständi gen Materialübergangsbereich zu kennzeichnen. Somit ist kein genaues Einzeichnen nötig. Weiterhin können Operationen wie Opening, Closing, Erosion sowie Dilatation, eine Inversion, Boolesche Operatoren oder auch glättende Werkzeuge wie Filter genutzt werden, um die Berei che im Labelfeld zu bearbeiten.

Weiter können Bereiche hervorgehoben werden, in denen nach Ansicht eines Benutzers Materi alübergangsbereiche vorliegen. Dabei können Ankerpunkte gesetzt werden, wobei die Bearbei tung als Materialübergangsbereich und sozusagen als Meta-Info erfolgen kann, oder die Bildin formationen in der Darstellung der lokalen Ähnlichkeit direkt geändert werden.

Alternativ können fehlerhafte Materialübergangsbereiche auch entfernt bzw. abgeschwächt wer den. Nach der Bearbeitung wird das Labelfeld auf dieser Grundlage neu berechnet. Dabei kann auch eine Warnung ausgegeben werden, wenn an der vom Benutzer definierten Stelle kein sinnvoller Materialübergangsbereich gefunden werden kann.

Es kann weiter eine oberflächenbasierte Bestimmung einer lokalen Datenqualität verwendet werden. Dabei kann jedem Materialübergangsbereich ein Qualitätswert zugeordnet werden, der die Genauigkeit des Materialübergangsbereichs darstellt.

Die Darstellung der lokalen Ähnlichkeit kann mittels verschiedener Verfahren aus den Messda ten, insbesondere aus Volumendaten, berechnet werden. So können zum Beispiel ein Sobel- Operator, ein Laplace-Filter oder ein Canny-Algorithmus verwendet werden. Die Wahl, welcher Algorithmus verwendet wird und wie dieser parametrisiert wird, kann vom Benutzer manuell durchgeführt werden. So kann, beispielsweise anhand eine Vorschaubilds, derjenige Algorith mus ausgewählt werden, welcher die besten Ergebnisse bei der Erstellung des Labelfelds be wirkt. Zudem kann die Darstellung der lokalen Ähnlichkeit vor dem Anpassen des Labelfelds mittels Filtern bearbeitet werden, um möglichst gute Ergebnisse zu erreichen. Ein Beispiel wäre die Verwendung eine Gauß-Filter, um den negativen Einfluss von Rauschen auf das Ergebnis beim Anpassen des Labelfelds zu minimieren.

Je nach Algorithmus ist es möglich, dass nach dem Anpassen des Labelfelds noch kleinere Be reiche inkorrekt segmentiert sind. Um dies zu beheben, können optional noch Unterschritte durchgeführt werden.

Dabei können auf die einzelnen Materialbereiche morphologische Operatoren wie Opening und/oder Closing angewendet werden, wodurch kleine Bereiche entfernt werden. Weiterhin können zusammenhängende Bereiche unterhalb einer definierten Maximalgröße ge löscht und dem bzw. den umliegenden Materialien zugeordnet werden. Optional können dabei für Bereiche, welche von zwei oder mehr anderen Materialien umschlossen werden, mit einer abweichenden bzw. größeren Maximalgröße versehen werden oder gar nicht gelöscht werden, während Bereiche, welche nur von einem anderen Material umschlossen werden, weiterhin mit der oben genannten Maximalgröße behandelt werden. Auf diese Weise können z. B. dünne Schichten eines Materials zwischen zwei weiteren Materialien erhalten bleiben.

Figur 6e zeigt dabei das Resultat der Hauptsegmentierung. Hier stimmen die Grenzen der La belfelder in etwa mit den Materialübergangsbereichen 20, 22 und 24 überein. Die Bauteile bzw. Materialien 12, 14 und 16 sind damit segmentiert.

Auf Basis des angepassten Labelfelds werden die Materialübergangsbereiche, die z. B. eine lo kale Oberfläche darstellen können, mit größerer Genauigkeit berechnet. Dazu kann ein weite rer, hierauf spezialisierter Algorithmus verwendet werden. Dabei wird in einem kleinen Umkreis, z. B. wenige Voxel, nach der exakten Lage des Materialübergangsbereichs gesucht. Dies ist zu meist Voraussetzung für exakte dimensioneile Messungen, welche auf CT-Daten durchgeführt werden sollen.

Dazu können prinzipiell verschiedene Algorithmen verwendet werden. Z. B. Algorithmen, wel che auf den Messdaten direkt arbeiten. Diese können beispielsweise mittels eines lokalen oder globalen Schwellwerts oder durch Suche nach dem maximalen Gradienten oder nach einem Wendepunkt des Grauwertverlaufs die lokale Position der Oberfläche bestimmen.

Weiter kann beispielsweise auf der Darstellung der lokalen Ähnlichkeit bzw. Gradienten- oder Varianzdarstellung die exakte lokale Position der Materialübergangsbereiche bestimmt werden, indem beispielsweise ein Polynom zweiten Grades an den Grauwertverlauf angepasst wird. Die Position des Extremums dieses Polynoms kann als Position der Oberfläche verwendet werden.

Weitere Algorithmen seien durch die oben angeführten Erläuterungen jedoch nicht ausge schlossen.

Aus dem Labelfeld und der darin implizit gespeicherten Repräsentation kann das Wissen über die, ggf. ungefähre, Richtung einer Oberflächennormale, einer in dem Materialübergangsbe- reich angeordneten Oberfläche, oder über die im Materialübergangsbereich angeordneten Ma terialien abgeleitet werden. Dieses Wissen kann von einigen Algorithmen verwendet werden, um exaktere Ergebnisse zu erreichen. Dieses Wissen kann falls verfügbar auch alternativ aus der Soll-Geometrie, z. B. einem CAD-Modell, entnommen werden.

Dies wird dann in Kombination mit einem Algorithmus durchgeführt, welcher die Information ei ner Startoberfläche benötigt oder benutzen kann, um ausgehend von dieser die genaue Posi tion der Oberfläche zu berechnen.

Weiter kann eine Reduzierung von Kegelstrahlartefakten, von Samplingartefakten und von Rau schen vor oder nach der Erstellung des Labelfelds durchgeführt werden.

Figur 7 zeigt ein Beispiel eines Multi-Materialübergangsbereichs. Dabei sind in der Figur 7 die Materialien 48, 54 und 56 dargestellt. Das Material 48 ist dabei zwischen den Materialien 54 und 56 angeordnet und weist eine sehr geringe Ausdehnung im Vergleich zu den anderen bei den Materialien auf. Zwischen dem Material 48 und dem Material 54 ist der Materialübergangs bereich 52 angeordnet. Zwischen dem Material 48 und dem Material 56 ist der Materialüber gangsbereich 50 angeordnet. Insgesamt bilden die beiden Materialübergangsbereiche 50 und 52 einen Multi-Materialübergangsbereich, der mit konventionellen Verfahren lediglich schwer aufgelöst werden kann. In der Regel erkennen konventionelle Segmentierungsverfahren derar tige Bereiche als lediglich einen Materialübergangsbereich. Mit dem computerimplementierten Verfahren 100 der oben beschriebenen Erfindung kann jedoch die Erkennung von mehreren Materialübergangsbereichen durchgeführt werden, die sehr nah beieinander liegen.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Insbesondere sind die oben beschriebenen Ausführungsbei spiele miteinander kombinierbar. Auch können die Schritte des Verfahrens 100 sofern logisch möglich in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merk male und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Ver fahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfin dungswesentlich sein.