Beschreibung

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Frachtkontrollsystem, d.h. ein System zur Kontrolle einer Frachterklärung, insbesondere im Hinblick auf eine Plausibilität einer Übereinstimmung mit den tatsächlich beförderten Waren. Weitere Ausführungsbeispiel beziehen sich auf ein Verfahren zur Frachtkontrolle. Manche Ausfüh- rungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum automatisierten Abgleich eines Containerinhalts mit Frachtpapieren. Unter anderem betrifft das hierin vorgestellte Frachtkontrollsystem möglicherweise eines oder mehrere der folgenden Gebiete: Security, Röntgentechnik, Frachtüberprüfung, Frachtsicherheit, Cargo Scanning, Inhaltssignatur.

Aufgrund steigender Anforderungen im internationalen Hafensicherheitsrecht müssen in Zukunft mehr und mehr Maßnahmen in Richtung effizienter Überprüfungen der Frachtcontainer in internationalen Häfen durchgeführt werden. Unter der Voraussetzung, dass in Zukunft alle Container gescannt werden müssen (Gesetz in den USA: „Disaster Relief Appropriations Act", 2013, H.R. 1 , U.S. House of Representatives, 1 1 ^th Congress 2 ^nd Session, December 2012) wird es eine große Zahl an Containern geben, die mittels eines einfachen Röntgenscans (2D) nicht eindeutig zu bewerten sind. Diese Container müssen dann manuell überprüft werden. Dies wird den Hafendurchsatz behindern und zu Kosten führen, die es unwirtschaftlich machten, alle ankommenden Container zu überprüfen.

Eine 2D-Projektion bietet begrenzte Überprüfungsmöglichkeiten, da die Ansicht der Fracht durch andere Waren behindert oder durch hoch absorbierende Materialien abgeschirmt werden kann. Dies kann zufällig oder absichtlich passieren, um Schmuggelware oder Bedrohungen zu verstecken. Außerdem, gibt eine sogenannte„Single Energy" Projektion (Einzelenergieprojektion) keine Information über die Natur des Materials (organisch, anorganisch usw.). Dies kann zu weiterer Unklarheit bei der Charakterisierung eines Containers führen. Wegen dieser Unzulänglichkeiten bleibt die Notwendigkeit, eine große Anzahl Container manuell zu überprüfen. „Dual Energy" Röntgenscans (Dualenergie- Röntgenscans) können die Überprüfung unterstützen, da die Kategorisierung der Materia- lien nach der effektiven Atomzahl (Z _eff ) ermöglicht wird. Diese Dual Energy Durchstrahlungen werden farbkodiert dargestellt, wobei jede Farbe für eine Kategorie steht (siehe beispielsweise S. A. Ogorodnikov, V. I. Petrunin, M. F. Vorogushin, "Application Of High- Penetrating Introscopy Systems For Recognition Of Materials", Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austria). Dies kann einige Unklarheiten weitgehend beseitigen und Objekte sichtbar machen, die in einem Single Energy Scan nicht einfach gesehen werden können.

Dual Energy Scans beruhen auf der Schwächung der Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von Energie und Ordnungszahl des Materials. Dual Energy Scans werden von V. L. Novikov, et al. in dem Artikel "Dual Energy Method of Material Recognition in High Energy Introscopy Systems", Proc. 16th International Workshop on Charged Particle Linear Ac- celerators, Ukraine, 1999 beschrieben. Bei Dual Energy Scans verwendet man zwei verschiedene Spektren oder einen energiesensitiven Detektor. Die so erhaltene Information über das Schwächungsspektrum des Objekts ermöglicht es, die effektive Ordnungszahl und die projizierte Dichte zurückrechnen. Eine Erweiterung des Dual Energy Prinzips zu einem Multi Energy Scan mit mehr als zwei verschiedenen Spektren und/oder mehr als zwei Energiekanälen eines energiesensitiven Detektors zur besseren Differenzierung ist ebenfalls denkbar.

Die vorgenannten Frachtauswertungsverfahren benötigen eine manuelle bzw. visuelle Sichtung des von dem Scanverfahren erzeugten Durchstrahlungsbilds durch das Sicher- heitspersonal, um die Inhalte eines Containers auszuwerten und um zu entscheiden, ob ein Container eine Sicherheitsbedrohung ist. Dies erfordert auch, dass das Sicherheitspersonal entsprechend geschult ist. Zurzeit sind die Möglichkeiten von automatischen Frachtüberprüfungssystemen ziemlich begrenzt. Es gibt einige Systeme, die Dual Energy Scans verwenden, um zwischen organischen und anorganischen Materialien zu unter- scheiden oder um wesentliche Mengen nuklearer Materialien zu identifizieren. Derartige Systeme sind zum Beispiel in P.J. Bjorkholm, "Dual energy detection of weapons of mass destruction", Port Technology International, 22-6/4: 1 |3, (2004) und dem U.S. Patent No. US 8.290, 120 B2 von P.J. Bjorkholm beschrieben. Nukleare Materialien können auch mittels eines Gammastrahlungsscans identifiziert werden.

Es besteht demnach ein Bedarf an automatisierten bzw. teilautomatisierten Frachtüberprüfungssystemen, um eine bessere Hafensicherheit und/oder einen höheren Durchsatz zu ermöglichen. Radioaktive Materialien sind nur ein Teil der möglichen Bedrohungen. Oft fordern die zuständigen Zollbehörden, dass Containerüberprüfungen nicht nur für gefähr- liehe Fracht durchgeführt werden, sondern auch um Schmuggelware und nicht deklarierte Fracht zu finden. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zur automatisierten Überprüfung von Frachtcontainern oder anderen Frachteinheiten zu schaffen, das einerseits auf die Beschränkungen von Durchstrahlungstechniken Rücksicht nimmt, wel- che bei Frachtüberprüfungen bereits im Einsatz sind oder sich mit vertretbaren Aufwand installieren lassen, und andererseits den Aufwand für manuelle bzw. visuelle Sichtung der Durchstrahlungsbilder durch das Sicherheitspersonal reduziert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Frachtkontrollsystem gemäß Anspruch 1 , durch ein Verfahren zur Frachtkontrolle gemäß Anspruch 10 und/oder ein Computerprogramm gemäß Anspruch 1 1.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Frachtkontrollsystem, das einen ersten Materialstatistikschätzer zur Schätzung einer nominellen Materialstatistik für eine Frachteinheit umfasst. Der erste Materialstatistikschätzer umfasst seinerseits eine Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, Materialangaben und entsprechende Mengenangaben einer Frachterklärung für die Frachteinheit in die nominelle Materialstatistik umzusetzen. Das Frachtkontrollsystem umfasst weiterhin einen zweiten Materialstatistikschätzer zur Schätzung einer tatsächlichen Materialstatistik für die Frachteinheit. Der zweite Materialstatistikschätzer umfasst eine Bildverarbeitungseinheit zur Analyse von Durch- strahlungsbilddaten der Frachteinheit, die von einer Durchstrahlungsprüfung bereitgestellt werden, und zur Umsetzung der Durchstrahlungsbilddaten in die tatsächliche Materialstatistik. Das Frachtkontrollsystem umfasst weiterhin einen Materialstatistikvergleicher zum Vergleichen der nominellen Materialstatistik und der tatsächlichen Materialstatistik.

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur Frachtkontrolle. Das Verfahren umfasst ein Schätzen einer nominellen Materialstatistik für eine Frachteinheit basierend auf Materialangaben und entsprechende Mengenangaben einer Frachterklärung für die Frachteinheit. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Bereitstellen von Durchstrahlungsbild- daten der Frachteinheit, ein Analysieren der Durchstrahlungsbilddaten durch Methoden der Bildverarbeitung und ein Schätzen einer tatsächlichen Materialstatistik für die Frachteinheit basierend auf einem Ergebnis des Analysierens der Durchstrahlungsbilddaten der Frachteinheit. Das Verfahren umfasst auch ein Ermitteln einer Differenz zwischen der nominellen Materialstatistik und der tatsächlichen Materialstatistik. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung basieren darauf, dass auch mit relativ einfachen Durchstrahlungstechniken bereits eine automatische Plausibilitätskontrolle durchgeführt werden kann, aus der Rückschlüsse über die Richtigkeit und Vollständigkeit einer Frachterklärung (z.B. Frachtpapiere, Ladungspapiere, Ladeliste etc.), insbesondere auch über eine Übereinstimmung der Angaben in der Frachterklärung mit den tatsächlich in der Frachteinheit enthaltenen Waren, gezogen werden können. Auf der Grundlage dieser Plausibilitätskontrolle kann dann entschieden werden, ob die Frachterklärung mit dem tatsächlichen Inhalt der Frachteinheit vermutlich übereinstimmt, oder ob zu vermuten ist, dass die Frachteinheit andere Waren oder zusätzliche Waren als diejenigen enthält, die in der Frachterklärung angegeben sind.

Durch die Ermittlung der nominellen Materialstatistik anhand der Angaben, die in der Frachterklärung enthalten sind, und der tatsächlichen Materialstatistik basierend auf einer Auswertung einer Durchstrahlungsprüfung der Frachteinheit ist es möglich, die Angaben der Frachterklärung sowie ein Ergebnis der Durchstrahlungsprüfung in einen einheitlichen Parameterraum zu übertragen. In diesem einheitlichen Parameterraum lassen sich die Mengen der verschiedenen Materialien angeben, die gemäß Frachterklärung in der Frachteinheit enthalten sein müssten. Ebenso gibt die geschätzte tatsächliche Materialstatistik die Mengen der Materialien an, die gemäß dem Ergebnis der Durchstrahlungsprü- fung in der Frachteinheit enthalten sein müssten. Die verschiedenen Materialien können dabei gegebenenfalls zu Materialgruppen zusammengefasst sein.

Einige Ausführungsbeispiele basieren auf der Verwertung von Ordnungszahlsignaturen zur Darstellung der Materialstatistiken, die einerseits aus einer digitalen Inhaltsbeschrei- bung (Ladeliste bzw. Frachterklärung) und andererseits aus den (Röntgen)- Durchstrahlungsdaten berechnet werden. Die Verwertung von Signaturen, die einerseits aus einer digitalen Inhaltsbeschreibung und andererseits aus einem Mehrenergie- Röntgenscan berechnet werden, ist gemäß Ausführungsbeispielen ebenfalls möglich. Ziel ist eine automatisierte Überprüfung des Inhalts von Frachtcontainern, um undeklarierte Materialien zu erkennen, oder das Sicherheitspersonal bei dieser Aufgabe zu unterstützen. Da die Position der Fracht innerhalb des Containers nicht bekannt ist, wird vorgeschlagen, dass dieser Vergleich auf aus den Ordnungszahlsignaturen abgeleiteten Materialstatistiken durchgeführt wird. Das besagte Frachtkontrollsystem kann auch als Frachterklärungskontrollsystem verstanden werden- je nachdem, aus welcher Perspektive betrachtet und mit welcher Verwen- dungsabsicht das vorgeschlagene System eingesetzt wird. Dasselbe gilt für das Verfahren zur Frachtkontrolle: Das Verfahren kann einerseits als ein Verfahren zur Kontrolle einer Plausibilität des Ergebnisses einer Durchstrahlungsprüfung hinsichtlich des Inhalts der Frachteinheit angesehen werden. Alternativ kann das Verfahren angesehen werden als ein Verfahren zur Kontrolle einer Plausibilität einer Frachterklärung hinsichtlich einer Übereinstimmung mit Waren, die in einer von der Frachterklärung beschriebenen Frachteinheit enthalten sind. Ausführungsbeispiele ermöglichen somit eine Aussage über die Wahrscheinlichkeit der Übereinstimmung der Frachterklärung mit den tatsächlich in der Frachteinheit enthaltenen Waren.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Überprüfungssystems bzw. Frachtkon- trollsystems gemäß Ausführungsbeispielen;

Fig. 2 ein weiteres schematisches Blockschaltbild eines Überprüfungssystems bzw. Frachtkontrollsystems gemäß weiteren Ausführungsbeispielen; Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines A-priori Datenverarbeitungssystems, das ein Teil von Ausführungsbeispielen des vorgeschlagenen Frachtkontrollsystems ist;

Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines Bildverarbeitungssystems, das Teil von Ausführungsbeispielen des vorgeschlagenen Frachtkontrollsystems ist;

Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild des Bildverarbeitungssystems bzw. des zweiten Materialstatistikschätzers, das Teil von alternativen Ausführungsbeispielen des vorgeschlagenen Frachtkontrollsystems ist; Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild eines Materialsignaturvergleichssystems bzw. Materialstatistikvergleichers gemäß zumindest einigen Ausführungsformen;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Zwei-Energie-Bilds (Dual Energy) eines simulierten Frachtcontainers mit drei Materialblöcken; Fig. 8 eine grafische Darstellung einer Materialverteilung bzw. Materialstatistik für die simulierten Zwei-Energie-Daten;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Bildschirmausgabe zur grafischen Unterstüt- zung eines Benutzers für ein Szenario, bei welchem ein in der Frachteinheit enthaltenes Material überhaupt nicht in der Frachterklärung aufgeführt ist;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Bildschirmausgabe zur grafischen Unterstützung eines Benutzers für ein Szenario, bei welchem ein in der Frachteinheit enthaltenes Material nur teilweise in der Frachterklärung aufgeführt ist; und

Fig. 1 1 eine schematische Darstellung einer Bildschirmausgabe zur grafischen Unterstützung eines Benutzers für ein Szenario, bei welchem die Frachterklärung ein Material aufführt, welches aufgrund der durchgeführten Durchleuchtung der Frachteinheit und an- schließenden Bildverarbeitung nicht in der Frachteinheit nachgewiesen werden konnte.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen un- tereinander austauschbar ist.

Wie zuvor erwähnt, besteht im internationalen Frachthandel ein steigender Bedarf an Frachtüberprüfungen, um zum einen Zollvergehen (nicht deklarierte oder falsch deklarierte Waren; gefälschte Waren) mit höherer Wahrscheinlichkeit aufzudecken und/oder die Einfuhr von gefährlichen Waren zu verhindern.

Für jeden (offiziellen) Seefrachtcontainer ist üblicherweise eine Inhaltsbeschreibung vorgesehen, in der die Fracht, unter Verwendung standardisierter Codes aufgelistet ist. Diese Warenkodierung ist als„Combined Nomenclature" (CN) oder„Kombinierte Nomenklatur" (KN) bekannt und Form von Datenbanken verfügbar. Im Prinzip können derartige standardisierte Containerinhaltsbeschreibungen auch für Luftfrachtcontainer, Landwegcontainer, etc. vorgesehen werden. Die Verwendung einer Warenkodierung gemäß beispielsweise der Kombinierten Nomenklatur ist demnach nicht auf den Seehandel beschränkt. Weiterhin ist es auch denkbar, andere Lademittel als Container mit derartigen standardi- sierten Inhaltsbeschreibungen zu verbinden, welche im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als „Frachterklärung" bezeichnet werden. Neben dem eigentlichen Inhalt der ent- sprechenden Frachteinheit kann eine Frachterkiärung auch zusätzliche Informationen enthalten, beispielsweise hinsichtlich des verwendeten Lademittels.

Ein System mit hochentwickelten Datenverarbeitungsmöglichkeiten könnte von solchen Informationen profitieren um die Frachtüberprüfung durch einen (halb-)automatischen Vergleich zwischen den Projektionsdaten (Durchstrahlungsdaten) und den Informationen aus den Inhaltsbeschreibungen und Datenbanken weiter zu verbessern.

Das vorgeschlagene System ermöglicht eine automatische oder teilautomatische Über- prüfung des Containerinhalts und kann im Prinzip für alle Arten von Frachtcontainern eingesetzt werden, die eine elektronische Inhaltsbeschreibung haben. Abhängig von den Toleranzanforderungen und den Spezifikationen sowie der Kalibrierung der verwendeten Komponenten, könnte ein solches System bessere Unterstützung des Operatorpersonals (durch visuelles Feedback) oder sogar eine automatische Inspektion anbieten. Die Grund- funktion dieses Systems ist der Vergleich der Signaturen, die einerseits aus a-priori Daten (Ladelisten, Frachtpapiere etc.) erstellt werden und andererseits mit denjenigen, die aus den Projektionsdaten (2D) oder Tomographischer Rekonstruktion (3D) gewonnen werden (siehe Fig. 1 ). Diese Signaturen könnten beispielsweise als eine quantitative Verteilung der effektiven Ordnungszahl (Materialsignatur) dargestellt und miteinander verglichen werden.

Das vorgeschlagene System erlaubt eine automatisierte Auswertung dieser Scans durch einen Vergleich mit den elektronischen Frachtpapieren (elektronische Inhaltsbeschreibung) und verringert die Zahl der manuell zu Überprüfenden Container. So werden nur diejenigen geöffnet, die verdächtige Fracht enthalten und die mit 2D Durchstrahlungsprojektion nicht ausreichend überprüft werden können.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Frachtkontrollsystems bzw. Überprüfungssystems 100 gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen. Fig. 1 zeigt insbe- sondere einen Überblick über die Hauptkomponenten des vorgeschlagenen Systems 100. Es sei angemerkt, dass trotz der Darstellung in Fig. 1 nicht alle der gezeigten Komponenten in dem vorgeschlagenen System vorhanden sein müssen. Insbesondere kann zum Beispiel der Röntgenscanner 20 als externe Einheit vorgesehen sein. Das Überprüfungssystem 100 gemäß Fig. 1 umfasst den Röntgenscanner 20, welcher Röntgendurchstrahlungen 22 von Frachteinheiten erzeugt. Die Röntgendurchstrahlungen können als Durchstrahlungsbilddaten vorliegen. In diesem Zusammenhang sind Bilddaten oder Durchstrahlungsbiider nicht auf zweidimensionale, projizierte Daten beschränkt, sondern können z.B. auch mehrdimensionale Volumendaten enthalten, wie beispielsweise von einem Computertomografen bereitgestellt werden. Die Röntgendurchstrahlungen 22 werden an ein Bildverarbeitungssystem 120 übergeben, welches konfiguriert ist, eine effektive Ordnungszahl Z _eff (Kernladungszahl) für eine Vielzahl von Bildelementen (z. B. Pixel oder Voxel) innerhalb der Röntgendurchstrahlungsdaten 22 zu schätzen. Eine statistische Auswertung dieser geschätzten effektiven Ordnungszahlen ergibt eine Röntgenmaterialsignatur 129, welche die Z _efr Verteilung nach Masse innerhalb der geröntgten Fracht- einheit angibt. Somit kann die Röntgenmaterialsignatur 129 zum Beispiel angeben, wie viel Masse auf die einzelnen Ordnungszahlen (von Z _eff =1 für Wasserstoff (H) bis in der Praxis z.B. Z _eff =94 für Plutonium (Pu). ggf. auch für Elemente mit höheren Ordnungszahlen) entfallen. Die (effektiven) Ordnungszahlen können auch in geeignete zusammenhängende Intervalle zusammengefasst werden, somit kann die Röntgenmaterialsignatur 129 zum Beispiel als Histogramm bezüglich der Masse pro Ordnungszahl bzw. Ordnungszahlintervall verstanden werden.

Das Überprüfungssystem 100 umfasst des Weiteren ein a-priori Datenverarbeitungssystem 1 10, welches konfiguriert ist, eine digitale Inhaltsbeschreibung 10 (z.B. eine Frachter- klärung oder Frachtpapiere) einzulesen. Auf der Grundlage der in der digitalen Inhaltsbeschreibung 10 kann das a-priori Datenverarbeitungssystem 1 10 anhand der in darin enthalten Angaben zu der Art und Menge der Waren eine a-priori Materialsignatur 1 19 schätzen, welche die nominelle Z _efr Verteilung nach Masse innerhalb der Frachteinheit angibt, d.h. die sich aus der digitalen Inhaltsbeschreibung ergebende Z _er Verteilung. Auch die a- priori Materialverteilung kann zum Beispiel als Histogramm bezüglich der Masse pro Ordnungszahl bzw. Ordnungszahlintervall verstanden werden.

Das Überprüfungssystem 100 umfasst auch ein Materialsignatur- Vergleichssystem 160, welches die Röntgenmaterialsignatur 129 und die a-priori Materialsignatur 1 19 empfängt und miteinander vergleicht. Das Materialsignatur- Vergleichssystem 160 kann eine Ausgabe an einen Benutzer verursachen, wenn die Röntgenmaterialsignatur 129 bei einer Ordnungszahl um mehr als ein Toleranzwert von der a-priori Materialsignatur 1 19 abweicht, was bedeutet, dass von einem entsprechenden Material in der Frachteinheit entweder mehr als in der Frachterklärung angegeben enthalten ist, oder weniger als in der Fracht- erklärung angegeben. Der Benutzer, welcher zum Beispiel ein Zollbeamter sein kann, kann dann eine genauere Überprüfung der Frachteinheit in Erwägung ziehen. Diese ge- nauere Überprüfung kann eine manuelle bzw. visuelle Kontrolle der Röntgendurchstrah- lung 22 durch den Zollbeamten sein, und/oder ein Öffnen der Frachteinheit selber mit anschließender manueller Überprüfung des Inhalts. Das Materialsignatur- Vergleichssystem 160 kann auch konfiguriert sein, bei einer zu hohen Gesamtabweichung über alle Ord- nungszahlen zwischen der Röntgenmaterialsignatur 129 und der a-priori Materialsignatur 1 19 eine Alarmierung an den Benutzer abzusetzen.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Frachtkontrollsystems 200 gemäß zumindest einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Frachtkontrollsystem 200 umfasst einen ersten Materialstatistikschätzer 210 zur Schätzung einer nominellen Materialstatistik 219 für eine Frachteinheit 1. Der erste Materialstatistikschätzer 210 umfasst seinerseits eine Berechnungseinheit 212, die konfiguriert ist, Materialangaben und entsprechende Mengenangaben einer Frachterklärung 10 für die Frachteinheit 1 in die nominelle Materialstatistik 219 umzusetzen. Die Frachteinheit 1 und die Frachterklärung 10 sind über eine Beziehung 11 miteinander verbunden, so dass im Normalfall die Angaben in der Frachterklärung 10 mit dem tatsächlichen Inhalt der Frachteinheit 1 übereinstimmen sollten.

Das Frachtkontrollsystem 200 umfasst einen zweiten Materialstatistikschätzer 224 zur Schätzung einer tatsächlichen Materialstatistik 229 für die Frachteinheit 1. Der zweite Materialstatistikschätzer 224 umfasst eine Bildverarbeitungseinheit 220 zur Analyse von Durchstrahlungsbilddaten der Frachteinheit 1 , die von einer Durchstrahlungsprüfung 20 bereitgestellt werden, und zur Umsetzung der Durchstrahlungsbilddaten in die tatsächliche Materialstatistik 229. Das in Fig. 2 gezeigt Frachtkontrollsystem 200 umfasst auch einen Materialstatistikver- gleicher 260 zum Vergleichen der nominellen Materialstatistik 219 und der tatsächlichen Materialstatistik 229. Basierend auf diesem Vergleich kann der Materialstatistikvergleicher 260 ein Vergleichsergebnis erzeugen, das einem Benutzer Aufschluss darüber geben kann, mit welcher Wahrscheinlichkeit die Angaben in der Frachterklärung 10 mit der Rea- lität übereinstimmen. Der Benutzer kann auf der Grundlage dieser Information eine Entscheidung treffen, ob eine genauere Untersuchung der Frachteinheit 1 ratsam ist.

Die nominelle Materialstatistik 219 kann bei Ausführungsbeispielen eine Materialsignatur und/oder Ordnungszahlsignatur sein. Alternativ kann die Materialstatistik 219 verschiede- ne Materialarten wie z.B. Metalle, Kunststoffe, etc. zu entsprechenden Materialgruppen zusammenfassen. Entsprechendes gilt auch für die tatsächliche Materialstatistik 229. Wie die Verwendung des Begriffs„Statistik" bereits andeutet, basieren sowohl die nominelle Materialstatistik 219 als auch die tatsächliche Materialstatistik in der Regel auf Schätzungen aufgrund der verwendeten Berechnungsmethoden. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des a-priori Datenverarbeitungssystems gemäß weiteren möglichen Ausführungsbeispielen. Die a-priori-Signatur 219 wird von der Beschreibung 10 des Containerinhalts laut der Frachtpapiere durch ein Datenverarbeitungssystem abgeleitet. Dieses Subsystem liest die elektronische Inhaltsbeschreibung (Frachtinformation-Lesemodul 214), die für jeden Container vorhanden sein muss und extrahiert alle notwendigen Daten, um die a-priori-Signatur 219 berechnen zu können. In der elektronischen Beschreibung 10 des Containerinhalts sind alle geladenen Posten zum Beispiel nach der„Combined Nomenclature" (CN) gelistet. Ebenso enthalten sind zusätzliche Informationen wie Masse und Verpackung der Gegenstände, die Dimension des Containers und andere Transportinformationen. Die aus der Frachterklärung extrahierten Informationen 216 werden an das eigentliche a-priori Datenverarbeitungssystem 212 übergeben. Eine ähnliche Datenbank 218 existiert auch für die standardisierten Verpackungscodes („Packaging Codes", PC) und deren Beschreibung.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf das Beispiel von Dual-Energy Materialsig- naturen. Es sind jedoch auch andere Methoden denkbar, die eine Erzeugung der Materialsignaturen erlauben. Zunächst wird die Materialsignatur aus der Ladeliste erzeugt. Dazu müssen die Materialien, d.h. die chemischen Elemente, bekannt sein, aus welchen die in diesen Datenbanken geführten Posten bestehen. Die Datenbank der CN („Combined Nomenclature") enthält die Beschreibungen aller Waren inklusive der Materialien, aus denen sie bestehen, falls sie aus einem einzigen Material bestehen. Für komplexer aufgebaute Waren liefert die Beschreibung der Posten nicht immer ausreichende Information über Art und Quantität der enthaltenen Materialien. Außerdem ist für die zu erzeugende Materialsignatur die effektive Ordnungszahl der einzelnen Materialien notwendig, die in der CN und PC nicht gegeben sind. Folglich ist bei diesen Ausführungsbeispielen für die praktische Umsetzung die Entwicklung einer zusätzlichen Datenbank oder einer entsprechenden Erweiterung der bestehenden Datenbank um diese Punkte notwendig. Dies beinhaltet, ist aber nicht notwendigerweise beschränkt auf die effektiven Ordnungszahlen der Materialien, aus denen das Objekt besteht und das Verhältnis bzw. den absoluten Anteil der beinhalteten Materialien in Bezug auf Masse oder Volumen.

Eine vergleichbare Materialsignatur aus den Dual Energy Projektionsaufnahmen zu erhalten ist nicht auf direktem Weg möglich. Die wesentliche Schwierigkeit besteht darin, die Materialbestimmung auf die fehlende Tiefeninformation im 2D-Projektionsbild zurückzuführen. 2D Dual Energy Methoden erlauben nur die Bestimmung einer projizierten (effektiven) Ordnungszahl Zeff entlang des Strahlungspfades (siehe z.B. S. Ogorodnikov, V. Petrunin, "Processing of interlaced Images in 4-10 MeV dual energy customs system for material recognition". Physical Review Special Topics - Accelerators and Beams, Volume 5, 104701 , 2002). Die Werte von Z _eff hängen in nichtlinearer Weise von den jeweiligen Dicken jedes Materials entlang des Strahlungspfades ab. Welche Materialien sich wie überlagern, hängt von der Anordnung der Materialien (d.h. den Positionen im Container) der Ladung ab und ist somit nicht in eindeutiger Weise determiniert. Dadurch können Ma- terialien, die entlang eines Pfades liegen (also in Durchstrahlungsrichtung hintereinander) unter Umständen nicht eindeutig zugeordnet werden. Durch die Auswertung eines Single Energy Scans, oder eines Dual Energy Scans eines leeren Containers als Referenz, können die nicht relevanten Bereiche (Leerräume, Holzboden, Strukturteile des Containers aus Metall) maskiert werden, um die Materialerkennung zu verbessern und den Vergleich der Materialsignaturen zur erleichtern. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert in Verbindung mit Fig. 5. Alternativ könnte auch ein 3D Scan (z.B. Tomographie oder Lamino- graphie) erstellt werden. Dieser führt jedoch zu wesentlich längerer Messzeit, vermindert aber die räumliche Uneindeutigkeit. Das Bildverarbeitungssystem erstellt mit Hilfe dedi- zierter Algorithmik und verfügbarer zusätzlicher Information die Röntgenmaterialsignatur (Fig. 4).

Fig. 4 zeigt, wie das Bildverarbeitungssystem 220 neben den Röntgendurchstrahlungsda- ten 22 auch Durchstrahlungsbilddaten 423 eines Leercontainers und/oder Durchstrah- lungsbilddaten 424 eines Containers mit grober Segmentierung, die den für die Ladung vorgesehenen Leerraum identifiziert und irrelevante Bereiche im Container maskiert, als optionale Referenzen als Eingangsdaten in Betracht ziehen kann.

Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild des zweiten Materialstatistikschätzers 524 gemäß alternativen Ausführungsbeispielen. Der zweite Materialstatistikschätzer 524 um- fasst eine Frachterklärungsschnittstelle 521 , die konfiguriert ist, zumindest einen Teil der Frachterklärung 10 zu auszuwerten, der ein für die Frachteinheit 1 verwendetes Lademittel definiert. Auf diese Weise stellt die Frachterklärungsschnittstelle 521 eine entsprechende Lademittelinformation bereit. Der zweite Materialstatistikschätzer 524 ist konfiguriert, die Lademittelinformation bei der Schätzung der tatsächlichen Materialstatistik 229 zu berücksichtigen. Dies kann zum Beispiel in der Art erfolgen, dass ein Einfluss des verwendeten Lademittels auf die tatsächliche Materialsignatur 229 kompensiert wird. Die Information über das Lademittel kann auch Angaben über die Tiefe bzw. Breite bzw.„Di- cke" der gescannten Frachteinheit 1 geben, also die parallel zur Richtung der Durchstrahlung liegende Dimension der Frachteinheit 1.

Eine Lademittel-Datenbank 525 kann vorgesehen sein, um in Abhängigkeit von der La- demittelinformation detailliertere Informationen über die Ladeeinheit herauszufinden, z.B. das Material oder die Materialien des Lademittels und/oder die Geometrie des Lademittels. Ein Lademittel kann ein„tragendes" Mittel zur Zusammenfassung von Gütern zu einer Ladeeinheit, z.B. Palette, Behälter, Container sein. Ein Lademittel kann aber auch allgemein ein„genormtes oder spezielles Lade- oder Transporthilfsmittel" sein, das sich unter Umständen auch auf das Verpacken, Umwickeln oder Umreifen eines Stapels oder Blocks von Fülleinheiten beschränken kann. Die Lademittel-Datenbank 525 kann zum Beispiel Informationen für eine Berechnungseinheit 523 bereitstellen, welche die Berechnungseinheit 523 heranziehen kann, um eine Kompensation des Materials des Lademittels innerhalb der tatsächlichen Materialstatistik vorzunehmen. Falls für ein bestimmtes Lademittel oder einen Lademitteltyp kein Datensatz in der Lademitteldatenbank vorhanden ist, können optional gemäß einigen Ausführungsbeispielen die Durchstrahlungsbild- daten des leeren Lademittels sowie ein Identifizierer (ID) des Lademittel-Typs als neuer Datensatz in die Lademitteldatenbank 525 aufgenommen werden. Auf diese Weise kann die Lademitteldatenbank 525 aktuell gehalten werden und auch neue Entwicklungen in dem Gebiet der Lademittel berücksichtigt werden.

Alternativ kann der zweite Materialstatistikschätzer 524 eine Maskierungseinheit (nicht gezeigt in Fig. 5) umfassen, die in Verbindung mit der Bildverarbeitung 220 konfiguriert ist, Lademittel-bezogene Bereiche innerhalb der Durchstrahlungsbilddaten 22 zu identifizieren und für die Zwecke der Schätzung der tatsächlichen Materialstatistik 229 zu maskieren. Die Maskierungseinheit kann in die Bildverarbeitung 220 integriert sein.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung des Materialsignatur- Vergleichssystems 160. Abhängig von der vorgegebenen Toleranz 180 ist ein quantitativer Vergleich der beiden Materialsignaturen 1 19, 129 unter gewissen Einschränkungen möglich. Das Materialsig- naturvergleichssystem 160 überprüft, ob die in den Ladelisten (Frachterklärung 10) angegebenen Gegenstände plausibel sind (Plausibilitätsausgabe 164 des Materialsignaturver- gleichssystems 160). Falls die Überprüfung nicht plausibel ist. liefert das Vergleichssystem 160 eine Darstellung der abweichenden Gegenstände als visuelle Operatorunterstüt- zung 168. Das kann sowohl eine qualitative (Z _eff ) als auch eine quantitative (Masse) Ab- weichung sein. Schematische Beispiele für die visuelle Operatorunterstützung werden in den Fig. 10 - 12 gezeigt und beschrieben.

Um die prinzipielle Durchführbarkeit und mögliche Anwendungen des vorgeschlagenen Systems zu zeigen, wurden Simulationen durchgeführt. Fig. 7 zeigt ein Dual Energy Bild eines simulierten Containers, der mit drei Materialblöcken (Stahl, Cäsium. Kunststoff) gefüllt ist. Der Stahlblock (dünne schräge Schraffierung) hat eine Masse von 616kg. Stahl besteht zum überwiegenden Teil aus Eisen, welches eine Ordnungszahl von Z _eff =26 hat. Der Cäsiumblock (dicke schräge Schraffierung) hat eine Masse von 751 kg und die Ord- nungszahl von Cäsium beträgt Z _eff =55. Der Plastik- bzw. Kunststoffblock (vertikale Schraffierung) hat eine Masse von 476kg und die effektive Ordnungszahl beträgt Z _eff =5.

Das Durchstrahlungsbild in Fig. 7 zeigt auch die Struktur des Lademittels, hier ein üblicher Frachtcontainer. Gut zu erkennen sind der Boden mit den Verstärkungsstreben, die Sei- tenlängswände, der mittlere Verstärkungsbalken der Seitenlängswände und das Containerdach.

Fig. 8 zeigt ein Histogramm der Materialverteilung, das aus den verarbeiteten Simulationsdaten erzeugt wurde im Vergleich zu den tatsächlichen Werten im Container. Die größte Abweichung tritt beim Stahlblock auf und beträgt 77 kg, was in diesem Fall 12 % entspricht.

Fig. 9 zeigt schematisch eine Bildschirmanzeige, wie sie das Frachtkontrollsystem gemäß einigen Ausführungsbeispielen zur Unterstützung eines Benutzers ausgeben kann. Die Bildschirmanzeige zeigt die Durchstrahlungsbilddaten 22 der Frachteinheit 1 . Sofern Abweichungen zwischen der nominellen Materialstatistik und der tatsächlichen Materialstatistik festgestellt werden, werden diese in dem Durchstrahlungsbild 22 entsprechend markiert, was in Fig. 9 beispielhaft durch einen Rahmen in gepunktete Linie dargestellt ist. Im gezeigten Beispiel ist der gesamte Kunststoffblock nicht in der Frachterklärung erwähnt, obwohl er in Wirklichkeit in dem Container enthalten ist. Der zweite Materialstatistikschätzer 224 ermittelt aufgrund des Durchstrahlungsbilds (z.B. Dual Energy), dass ungefähr 492 kg eines Materials mit niedriger Z _eff (z.B. organisches Material, Kunststoff oder Wasser) in dem Container ungefähr an der durch das gepunktete Rechteck gezeigten Stelle enthalten sein müssen. Andererseits enthält die Frachterklärung keine Angaben über eine derartige Menge eines Materials mit niedriger Z _eff , so dass es zu einer Differenz zwischen der nominellen Materialstatistik 219 und der tatsächlichen Materialstatistik 229 kommt. Die Bildschirmanzeige gemäß Fig. 9 zeigt des Weiteren noch ein auffälliges Warnzeichen und zusätzliche Informationen für den Benutzer, nämlich die geschätzte Masse und das geschätzte Material bzw. die geschätzte effektive Ordnungszahl Z _eff (oder Ordnungszahlbereich) für den Bereich in dem Durchstrahlungsbild, der durch das gepunktete Rechteck angezeigt wird. Andere Gestaltungen der Bildschirmanzeige sind ebenfalls denkbar.

Fig. 10 zeigt ebenfalls auf schematische Weise eine Bildschirmanzeige für einen ähnlichen Fall, wie Fig. 9. Im Unterschied zu Fig. 9 enthält bei dem in Fig. 10 gezeigten Beispiel die Frachterklärung tatsächlich einen Eintrag bezüglich einer bestimmten Menge eines Materials mit niedriger Z _e tf (z.B. Kunststoff), die in der Frachteinheit 1 enthalten sein müsste. Allerdings weicht die in der Frachterklärung angegebene Menge von der Menge ab, die von dem zweiten Materialstatistikschätzer 224 aufgrund der Durchstrahlungsbild- daten 22 ermittelt werden kann. Daher kommt das vorgeschlagene Frachtkontrollsystem in diesem Fall zu dem Schluss, dass die tatsächliche Materialstatistik 129 ungefähr 1 14 kg Material mit niedriger Z _eff mehr enthält als die nominelle Materialstatistik 1 19. Aufgrund dieser Abweichung bezüglich der Masse von Materialien niedriger Ordnungszahl Z _eff zwischen nomineller Materialstatistik und tatsächlicher Materialstatistik wird die gesamte Frachteinheit 1 durch das gepunktete Rechteck markiert.

Fig. 1 1 zeigt eine Bildschirmanzeige für den Fall, dass die Frachterklärung ein Material auflistet, das gemäß der tatsächlichen Materialstatistik gar nicht in der Frachteinheit enthalten ist. Dies wird im Beispiel gemäß Fig. 1 1 unterhalb des Containers angezeigt. Zum Beispiel könnte die Frachterklärung Angaben enthalten, die von dem ersten Materialstatistikschätzer 1 10 als ungefähr 361 kg Aluminium interpretiert werden. Die tatsächliche Materialstatistik enthält jedoch keine Hinweise auf eine derartige Menge Aluminium innerhalb der Frachteinheit 1 . Dieser Unterschied zwischen der nominellen Materialstatistik und der tatsächlichen Materialstatistik wird in Fig. 1 1 unterhalb der eigentlichen Durchstrahlungs- bilddaten 22 dargestellt. Andere Anordnungen der dargestellten Information sind selbstverständlich auch denkbar. Trotz der Beschränkungen der Materialunterscheidung und lediglich der Verwendung von 2D-lnformationen kann das vorgestellte System die automatische Containerprüfung bzw. die Unterstützung des Operators deutlich verbessern. Durch die Verwendung der vorhandenen Frachtinformationen und moderner Bildverarbeitungsmethoden (wie z. B. eines an- gepassten Dual Energy Verfahren) kann die Unterscheidbarkeit der Materialien erweitert werden und die Detektionsleistung der Prüf- und Inspektionssysteme durch eine automatisierte Erkennung nicht deklarierter Materialien erhöht werden. Dies stellt eine Erweiterung der momentan möglichen Detektion dar, die auf radioaktive Materialien oder die ein fache Unterscheidung in organisch/anorganisch beschränkt ist. Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwen- dung eine Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magneti- sehen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind., mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerpro- gramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.