Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bildgebenden Prüfung von Objekten mit Röntgenstrahlung.

Eine Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung zur bildgebenden Prüfung von Objekten auf deren Materialinhalt mit Röntgenstrahlung liegt auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik, insbesondere zur Gepäckkontrolle. Dabei soll unter anderem festgestellt werden, ob z.B. im Gepäck ein Pulver oder eine Flüssigkeit innerhalb eines Paketes als harmlos eingestuft werden kann oder ob ein Rauschgift oder ein Sprengstoff vorhanden ist.

Andererseits können die Objekte auch Bauteile oder Behältnisse sein, die ein Material oder auch mehrere Materialien enthalten können.

Es gibt herkömmliche Röntgenverfahren und Röntgenvomchtungen zur Prüfung von Materialien in Objekten, die aber bei der Auswertung an ihre Grenzen stoßen, z.B.:

- bei Objekten aus Werkstoffen mit sehr ähnlicher Absorption der Röntgenstrahlung, so dass kein verwertbarer Kontrast entsteht, z.B. Karbonfasern in Kunststoff, keramische Fasern in einer Matrix, oder auch

- bei Objekten aus Materialien mit sehr unterschiedlicher Absorption durch unterschiedliche Wandstärken und Schwächungskoeffizienten, so dass bis- her nur immer ein Teil des Objekts richtig belichtet werden konnte; dies ist ein bisher nicht gelöstes radiographisches Grundproblem, und

- weil nur sehr grob auf den durchschnittlichen Massenschwächungskoeffizienten geschlossen werden kann.

Gemäß der bekannten Absorptionsgleichung (I) für die Intensität / der Strahlung nach dem durchstrahlten Objekt mit der Materialdicke d

bzw. der bekannten Gleichung (II) für den Massenschwächungskoeffizienten ierungsinhalt

wobei

die Intensität der Strahlung nach dem Objekt (Sekundärintensität), die auf das Objekt auftreffende Intensität der Strahlung (Primärintensität),

μ der lineare Schwächungskoeffizient,

d die Materialdicke,

die Konzentration der Komponente /, p die Dichte und

/ ^' der Index für die Komponente

sind,

ähnelt sich die Schwächung der Röntgenstrahlen in verschiedenen Objektgebie- ten, je mehr das Produkt aus Schwächungskoeffizient und Dicke übereinstimmt. Auf den Röntgenaufnahmen haben die Objektgebiete eine praktisch gleiche und damit nicht unterscheidbare Schwärzungsinformation bzw. Intensitätsinformation.

Solche Probleme gibt es z.B. bei karbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Die Entwicklung im Flugzeugbau und Automobilbau zeigt, dass der Anteil der karbonfaserverstärkten Kunststoff-Teile rasant anwächst. Deshalb ist es erforderlich, ein die Unterscheidbarkeit verbesserndes zerstörungsfreies Prüfverfahren von Objekten - Materialien und Objekte selbst - zu erarbeiten. Ähnliche Prüfprobleme existieren auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik, z.B. bei der Flughafengepäckkontrolle.

Die aufgeführten Beispiele von Schwächen der herkömmlichen Radiographie von Objekten haben zu Modifikationen und Weiterentwicklungen geführt. Die Röntgenfilme sind durch digitale Detektoren mit hoher Ortsauflösung und Grau- stufenauflösung abgelöst worden. Die digital vorliegenden Röntgenaufnahmen können mit Bildverarbeitungsprogrammen bearbeitet werden. Ein Beispiel hierfür ist die Tonwertkorrektur für die gezielte Hervorhebung von Zonen mit begrenztem Grauwertumfang. Letztgenanntes Verfahren gehört zum Standard heutiger Röntgensysteme. Deren Nutzen ist jedoch begrenzt, da diese Bearbei- tung keine neuen Informationen in das Bild hineinbringt.

Um den Kontrast und den Informationsgehalt von Röntgeninspektionsaufnah- men zu erhöhen, werden derzeit Objekte mit zwei verschiedenen Beschleunigungsspannungen durchstrahlt (engl. Dual-Energy). Bei diesem Verfahren wird ausgenutzt, dass der Schwächungskoeffizient neben den Materialeigenschaften von der Photonenenergie und damit von der Beschleunigungsspannung abhängig ist. Durch eine Rekonstruktion einer berechneten Aufnahme aus zwei Einzelaufnahmen kann der Nutzkontrast erheblich verbessert werden.

Oes Weiteren ist eine grobe Zuordnung der Objektgebiete zu durchschnittlichen Ordnungszahlen/Dichten möglich, da das gleiche Objekt unter ansonsten glei- chen räumlichen Bedingungen bei unterschiedlichen Schwächungskoeffizienten infolge unterschiedlicher Beschleunigungsspannungen durchstrahlt wird, während die durchstrahlte Dicke konstant bleibt.

Viele herkömmliche Techniken führen im Titel zwar ein„Multi-Energy", aber da- hinter verbirgt sich in Wirklichkeit nur eine Zweifach-Beschleunigungsspan- nungs-Technik (Dual-Energy-Technik), keine Mehrfach-Beschleunigungsspan- nungs-Technik (Multi-Energy-Technik).

Ein Verfahren zur Verbesserung der Materialerkennbarkeit in/von Objekten in einer Röntgenprüfanlage und die zugehörige Röntgenprüfanlage, die auch in die Kontrolle von Gepäck an Flughäfen einbezogen werden können, sind in der Druckschrift DE 10 2007 042 144 A1 beschrieben.

Folgende Verfahrensschritte werden dabei durchgeführt:

- Aufnahme von mindestens zwei Absorptions-Röntgenbildem eines zu un- tersuchenden Objekts bei verschiedenen Energien,

- Mathematische Modellierung des Objekts durch eine Anzahl Schichten unter Annahme eines konkreten Materials für jede Schicht, wobei ein Absorptionswert das Absorptionsvermögen einer Schicht beschreibt, die Anzahl der Schichten kleiner oder gleich der Anzahl der Röntgenbilder ist und für zumindest eine Schicht ein bei der Prüfung zu erkennendes Material angenommen wird,

- Zerlegen des Absorptionswertes jeder Schicht in einen wegabhängigen Faktor und einen energieabhängigen Faktor,

- Berechnung der wegabhängigen Faktoren für alle Schichten aus den Ab- sorptions-Röntgenbildern mittels der Absorptionsgleichung (I),

- Berechnung zumindest eines synthetischen Bildes aus der Summe der mit Gewichtungsfaktoren multiplizierten Absorptionswerte aller Schichten und - Auswertung des synthetischen Bildes.

Dazu ist in Fig. 1 eine Darstellung zur Dual-Energy-Technologie zur Gepäckkontrolle über die Intemetadresse http:/AAww.smithsdetection.com/deu/321.php (Auszug vom 30.08.2012) angegeben, bei dem das zu untersuchende Objekt entweder mit zwei verschiedenen Beschleunigungsspannungen oder mit nur einer Beschleunigungsspannung, aber dafür mit hintereinander liegenden Detektoren (ähnlicher Effekt) durchleuchtet wird. Aus den beiden erhaltenen Ra- diographien wird mit einer speziellen Bildverarbeitung ein Falschfarbenbild be- rechnet und rekonstruiert, in welchem die Bereiche mit niedrigen Ordnungszahlen, mittleren Ordnungszahlen und höheren durchschnittlichen Ordnungszahlen farbig gekennzeichnet und damit hervorgehoben werden, wie in DE 10 2007 042 144 A1 beschrieben ist. Das dargestellte Röntgen-Diagnostikverfahren ermöglicht zwar einen ersten Überblick, aber ein bildlicher Kontrast zwischen Materia- lien mit ähnlichen Schwächungskoeffizienten ist ebenfalls nicht bzw. unbefriedigend darstellbar. Die„spektroskopische" Auflösung ist wegen der nur zwei verschiedenen Quantenenergien sehr grob und damit für detailliertere Sicherheitsprüfungen ungenügend. Ein Teil bisheriger Techniken befasst sich auch mit Synchrotronstrahlung, d.h. mit kostenintensiver Grundlagenforschung, die nicht oder nicht ohne Weiteres auf Standard-Röntgentechnik übertragen werden kann.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Multi-Energie-Prüfung von Objekten mit einer brillanten Röntgenquelle sind in der Druckschrift US 2010 0104072 A1 be- schrieben, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Verarbeiten eines ersten monoenergetischen Röntgenstrahlenbildes eines Objektes mit einer ersten gewählten Energie und eines zweiten monoenergetischen Röntgenstrahlenbildes des Objekts mit einer zweiten gewählten Energie, wobei die erste gewählte Energie und die zweite gewählte Energie aus einer Anzahl von Energieniveaus ausgewählt werden,

- Kombinieren des ersten monoenergetischen Röntgenstrahlenbildes und des zweiten monoenergetischen Röntgenstrahlenbildes, um ein Ergebnis zu erzeugen, - Darstellen des Ergebnisses aus verarbeiteten monoenergetischen Röntgen- strahlenbild-Daten, die die Materialien des Objekts beschreiben,

- Anzeigen einer Menge von Materialien innerhalb des Objekts, beruhend auf den verarbeiteten monoenergetische Röntgenstrahlenbild-Daten, und

- Anzeigen eines Dämpfungskoeffizienten des Materials innerhalb des Objekts aufgrund der verarbeiteten monoenergetischen Röntgenstrahlenbild-Daten. In dem Verfahren wird eine Vielzahl von monoenergetischen und gerichteten Röntgenstrahlen eingesetzt, wobei Röntgenstrahlenbilder von einem Objekt mit mehreren diskreten Röntgenenergien erzeugt werden, um die Empfindlichkeit für eine zerstörungsfreie Prüfung des Objekts zu erhöhen.

Mit dem Verfahren werden Objekte mit verschiedenen Materialien in beliebiger struktureller Anordnung durchstrahlt. Die enthaltenen Gleichungen sollen aufzeigen, wie rechnerisch aus den Ergebnisbildern eine Materialzuordnung statt- finden kann. Rechnerisch ist dies derart nur für eine monochromatische, brillante Röntgenstrahlenquelle möglich.

Der Nachteil besteht darin, das für alle Materialen entweder die Dicke d (D) bekannt sein muss, um das jeweilige Material zu bestimmen; oder das Material selbst bekannt sein muss, um die Dicken d zu bestimmen. Es werden so viele Aufnahmen erstellt, wie hintereinanderiiegende Materialien bestimmt werden sollen, d.h. für n Materialien sind n Aufnahmen bei n monochromatischen Energien erforderlich. Dies führt zunächst zu einer nicht wünschenswerten Reduktion der abgebildeten Bildinformation und ggf. zu einer eingeschränkten Detailerkennbarkeit. Zur Erzielung eines hohen (Absorptions-)Abbildungskontrastes müssten diese Energien gemäß Schwächungsgesetz möglichst niedrig gewählt werden (Energieabhängigkeit der Absorption), was dazu führt, dass nur relativ dünne Objekte durchstrahlt werden können bzw. die Objekte ansonsten ggf. nicht vollständig durchstrahlt werden und somit kein Abbildungsergebnis erzielt werden kann. Es wird versucht, die Nachteile zu umgehen, indem eine Röntgenquelle hoher Brillanz, d.h. mit hoher Photonenflussdichte mit implementiertem Monochroma- tor gefordert wird, was nur an Synchrotronquellen erreichbar ist. Die bei hochbrillanten Röntgenstrahlen vorhandene insbesondere hohe Photonenflussdichte kompensiert die genannten Einschränkungen insofern, dass das Verfahren somit überhaupt durchführbar wird. Ein weiterer Nachteil entsteht durch die notwendige Verwendung eines Sets von n Monochromatoren bzw. mehrerer über größere Energiebereiche durchstimm- barer Monochromatoren, die die Divergenz des Röntgenstrahles stark verkleinern bzw. ganz aufheben. Zur Durchstrahlung eines genügend großen Raumwinkels des Objektes ist aber gerade diese Divergenz von entscheidender Be- deutung, die aber nicht gegeben ist. Anderenfalls sind nur sehr kleine Objekte abbildbar. Die angedeutete Möglichkeit der Materialidentifizierung wird erwähnt, aber nur oberflächlich physikalisch-methodisch untersetzt. Eine Vorgehensweise zur hierfür nötigen Bestimmung der Ausgangsintensität lo (ohne Objekt) wird nicht erwähnt. Es kann somit unterstellt werden, dass konventionell vorgegan- gen wird und keine besseren Ergebnisse gegenüber dem Stand der Technik (nur sehr grobe Bestimmung der Ordnungszahl der Elemente des Objekts) erzielt werden können. Es werden auch keine realen Ergebnisbilder angegeben.

Es wird auch keine polychromatische, sondern monochromatische Strahlung verwendet, was zu Einschränkungen der Bildinformation führt und die zusätzliche Verwendung mehrerer Monochromatoren erforderlich macht und zur Erzielung des Abbildungskontrastes hochbrillante Strahlung und damit ein Synchrotron voraussetzt. Zusätzlich können infolge Divergenzverlustes nur räumlich kleine Ausschnitte aus einem Objekt untersucht werden. Wenn eine erwähnte Materialidentifizierung real möglich sein sollte, entspricht sie dem Stand der Technik - Ermitt- lung von materialabhängigen Schwächungskoeffizienten und grobe Zuordnung von Ordnungszahlen - und setzt im vorliegenden Fall zur Lösung des Gleichungssystems die Kenntnis der Dicken d voraus, um das Material zu bestimmen oder die Kenntnis des Materials selbst, um die Dicken d zu bestimmen.

Es ist auch kein finales Ergebnisbild angegeben. Ein Verfahren zur situationsangepassten Modulation der Leistung einer Röntgenröhre eines Computertomografen zur Reduzierung der Röntgendosis eines Röntgenstrahlenbündels ist in der Druckschrift US 5 822 393 A beschrieben, welches ein Objekt durchdringt und auf Röntgendetektoren des Computerto- mografen während der Aufnahme von Projektionen von Schichten des Objektes auftrifft, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Ermittlung des Wertes der maximalen Schwächung der Intensität des Röntgenstrahlenbündels pro Projektion aus mit den Röntgendetektoren gemessenen Objektprojektionsdaten einer Projektion,

- Speicherung des ermittelten Wertes,

- Vorhersage der maximalen Schwächung der Intensität des Röntgenstrahlenbündels der nächsten Projektion, basierend auf wenigstens einem der gespeicherten Werte,

- Ermittlung der Leistung der Röntgenröhre für die nächste Projektion, basie- rend auf dem entsprechend vorhergesagten Wert der maximalen Schwächung der Intensität des Röntgenstrahlenbündels der nächsten Projektion derart, dass die aufgrund der von den Röntgendetektoren empfangenen Intensität des Röntgenstrahlenbündels von den Röntgendetektoren erzeugten Objektprojektionsdaten entsprechenden Signale über dem Quantenrauschen der Röntgendetektoren liegen, und

Einstellung der Leistung der Röntgenröhre für die nächste Projektion gemäß der ermittelten Leistung der Röntgenröhre.

Es liegt ein medizinisches Computertomografte-Verfahren (bei dem eine Bewegung des Objektes notwendig ist) vor, das einzig das Ziel hat, die Strahlenbelas- tung von Patienten während der Untersuchungsdauer zu reduzieren, indem mittels eines Powermodulators in Abhängigkeit von gemessenen bzw. vorher gespeicherten Schwächungsprofilen die abgegebene Röhrenleistung adaptiv mittels einer Zusatzelektrode („Gateelektrode") direkt in der Röntgenröhre geregelt wird. Mittels eines Minimum-Detektors (minimale Intensität, die noch zur Durch- Strahlung führt) wird der für die nächste Projektion notwendige Maximum- Schwächungslevel anhand des gespeicherten Wertes der vorherigen Projektion verglichen und die Röntgenleistung entsprechend minimal eingestellt. Es kommt ein Computertomografie-Verfahren zum Einsatz, welches nicht der Bildoptimierung und Materialidentifizierung dient, sondern die Strahlenbelastung von Patienten reduziert. Es erfolgt keine pixelweise Auswertung, sondern es werden Schwächungsprofile individueller Projektionen verglichen. Es wird nicht mit einer Multi-Energy-Methode gearbeitet, sondern mit einer konstanten Energie von 120 keV. Die Energieabhängigkeit des Schwächungskoeffizienten μ wird bei diesem Verfahrensprinzip nicht genutzt, ebenso erfolgt keinerlei spektroskopisch ermittelte Materialzuordnung.

Zur Realisierung ist somit eine aufwendige adaptive Regelung zur Belichtungs- Steuerung der Aufnahmen gegeben.

Eine Röntgen-Computertomografie-Vomchtung mit einer Modulation der Rönt- genleistung einer Röntgenquelle ist in der Druckschrift US 6 385 280 B1 beschrieben, die eine Weiterentwicklung der vorgenannten Vorrichtung der Druck- schritt US 5 822 393 A darstellt, wobei die Vorrichtung nach US 6 385 280 B1 umfasst:

- die Röntgenquelle, die ein Röntgenstrahlenbündel emittiert, wobei das Rönt- genstrahlenbündel relativ zu einem Untersuchungsobjekt mit einem Dämpfungsprofil verschiebbar ist, um das Untersuchungsobjekts aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Positionen zu bestrahlen, wobei dem Röntgenstrahlenbündel eine Röntgenstrahlenleistung zugeordnet ist,

- einen Strahlungsdetektor, auf den das Röntgenstrahlenbündel auftrifft, wobei der Detektor Messdaten erzeugt, die von einer Dämpfung des Röntgenstrah- lenbündels durch das Untersuchungsobjekt für eine Vielzahl von Projektionen abhängig sind beziehungsweise unterschiedlichen Positionen des Röntgen- strahlenbündels entsprechen,

- eine Impulse erzeugende Anordnung, die in Verbindung mit der Röntgenquelle steht, um zu verursachen, dass für das Röntgenstrahlenbündel zumindest einen Impuls von Röntgenstrahlen während der Erfassung der Messdaten für jede Projektion emittiert wird, und

- eine Modulationsvorrichtung zur Modulation der Röntgenstrahlenenergie durch Einstellen einer Dauer mindestens eines Impulses in Abhängigkeit von dem Dämpfungsprofil jeder Projektion, um ein mAs-Produkt zu erzeugen sowie um ein vorgegebenes Signal-Rausch-Verhältnis bei jeder Projektion und damit einen Mittelwert des mAs-Produkts zu schaffen, der im Wesentlichen dem Dämpfungsprofil in jeder Projektion entspricht.

Dabei kann das Röntgenstrahlenbündel rund um das Untersuchungsobjekt verschoben werden.

Das zugehörige medizinische Computertomographie-Verfahren hat auch das Ziel, die Strahlenbelastung von Patienten während der Untersuchungsdauer zu reduzieren, indem mittels eines Powermodulators in Abhängigkeit von gemes- senen bzw. vorher gespeicherten Schwächungsprofilen die abgegebene Röhrenleistung adaptiv mittels einer Zusatzelektrode („Gateelektrode") direkt in der Röntgenröhre geregelt wird. Mittels Minimum-Detektor wird das für die nächste Projektion notwendige Maximum-Schwächungsniveau anhand des gespeicherten Wertes der vorherigen Projektion verglichen und die Röntgenleistung entspre- chend minimal eingestellt.

Der Fortschritt des Verfahrens in der US 6 385 280 B1 gegenüber dem Verfahren in der US 5 822 393 A besteht darin, dass die abgegebene Leistung der Röntgenröhre jetzt mittels einer Pulsbreitenmodulation (periodisches Einschalten und Ausschalten der Röntgenröhre mit einem bestimmten Tastverhältnis) realisiert wird. Auf diese Weise kann mit einem konstanten Röhrenstrom gearbeitet werden, so dass das dem Stand der Technik entsprechende Belichtungsprodukt Röhrenstrom mal Zeit einfacher für die Auswertung der Schwächungsprofile mittels Detektor angepasst werden kann.

Eine indirekte Steuerung der„Belichtung" auf dem Detektor erfolgt durch eine aufwendige Pulsbreitenmodulation, die die abgegebene integrale Intensität der Röntgenröhre adaptiv regelt.

Auch hier ist zur Realisierung somit eine aufwendige adaptive Regelung zur Belichtungssteuerung der Aufnahmen gegeben. Ein Verfahren zur medizinischen Dual-Source-Computertomografie und ein zugehöriger Tomograf sind in der Druckschrift Carrington: Dual Source CT- Bildgebung - eine neue Ära in der Computertomographie, Siemens AG, Medical Solution, März 2006 beschrieben, wobei mit zwei verschiedenen Beschleunigungsspannungen gearbeitet wird.

Beim Phasenkontrastverfahren entsteht das Bild nicht durch die unterschiedli- che Absorption (Schwächung) der Röntgenstrahlung, sondern durch die Messung der Phasenverschiebung infolge der geringfügig variierenden Ausbreitungsgeschwindigkeit der Röntgenstrahlung in verschiedenen Materialien. Für das Verfahren wird hochbrillantes quasimonochromatisches Röntgenlicht aus einem Synchrotron verwendet. Ähnlich wie in einem Interferometer wird mit zwei Gittern die Phasenverschiebung gemessen und die Phasenverschiebung in eine Kontrastinformation umgesetzt. Das Phasenkontrastverfahren kann bei einem Teil der zu untersuchenden Objekte mit Bereichen ähnlicher Schwächung, aber unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Röntgenstrahlen, einen deutlich gesteigerten Kontrast bringen, z.B. bei biologischen Objekten.

Ein entscheidender Nachteil des Einsatzes von Synchrotronen besteht aber darin, dass ein Synchrotron extrem kostenintensiv und mit seinen entsprechend teuren Betriebszeiten nicht für normale praktische Anwendungen geeignet ist. Aus diesem Grund wird daran gearbeitet, Phasenkontrastaufnahmen mit einer herkömmlichen Röntgenröhre und mit drei Gittern herzustellen.

Dazu ist ein Phasenkontrastverfahren mit herkömmlicher Röntgenröhre, aber zwei Gittern plus einem Gitter in der Druckschrift Pfeiffer, Weitkamp, Bunk, David: Phase retrieval and differential phase contrast imaging with low-brilliance X- ray sources, Nature Physics, 2 (4), 2006, p. 258 - 261 , beschrieben. Darin ist eine Aufnahme an einem winzigen Neonfisch beschrieben.

Die Nachteile der genannten Verfahren bestehen darin, dass

Bauteile oder Bestandteile mit ähnlichen Schwächungskoeffizienten nicht kontrastreich voneinander unterschieden werden können,

- mit der Dual-Energy-Technik nur eine sehr grobe Einteilung in leichte, mittlere und hohe Ordnungszahlen bzw. Schwächungskoeffizienten möglich ist, Objekte mit sehr unterschiedlichen Massenschwächungskoeffizienten und/oder unterschiedlichen Dicken nicht in einer einzigen Aufnahme richtig belichtet werden können. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bildgebenden Prüfung von Objekten mit Röntgenstrahlung anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass die Röntgenaufnahmen von Objekten mit zumindest herkömmlich schwerlich unterscheidbaren Informationen detaillierter auswertbar und eine praktisch nicht gleiche und damit unter- scheidbare Schwärzungsinformationen bzw. Intensitätsinformationen aufweisen. Außerdem sollen damit

Bauteile oder Bestandteile mit ähnlichen Schwächungskoeffizienten kontrastreich voneinander unterschieden werden können,

eine feine detaillierte Einteilung in leichte Ordnungszahlen, mittlere Ord- nungszahlen und hohe Ordnungszahlen bzw. Schwächungskoeffizienten möglich sein,

Objekte mit sehr unterschiedlichen Massenschwächungskoeffizienten und/oder unterschiedlichen Dicken in einer einzigen Aufnahme richtig belichtet werden können und

- Materialidentifikationen mittels spektroskopischer Erkennung realisiert werden.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 12 gelöst. Das Verfahren zur bildgebenden Prüfung von Objekten mit Röntgenstrahlung umfasst gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1

zumindest folgende Schritte:

- Anfertigung einer von einem pixelweise organisierten Röntgenflachdetek- tor aufgenommenen, digitalisierten radiografischen Aufnahmeserie mit gleicher Geometrie und mittels einer einstellbaren Stufung von Beschleu- nigungsspannungen U _B j und/oder mittels einer einstellbaren Stufung von

Belichtungszeiten t _B vom zu untersuchenden Objekt mit mindestens einem Material, - Auswertung der digitalisierten Aufhahmeserie in einer Auswerteeinheit mit zumindest jeweils einer Funktionseinheit zur Erstellung und Vergabe von jeweiligen Kennzeichen CR; CS aufweisenden Modulen, wobei

- das erste Modul als ein Rekonstruktionsmodul zur Durchführung einer Rekonstruktion zur kontrastreichen Abbildung bei sehr ähnlichem

Schwächungskoeffizienten und zur zweckmäßigen Darstellung verschiedener Bildbereiche mit extrem unterschiedlichen Dicken und Schwächungskoeffizienten in der Abbildung dient, wobei eine Erstellung und eine Vergabe von ersten Kennzeichen CR für Beschleuni- gungsspannungen UBI durchgeführt werden, und

- das zweite Modul als ein Spektroskopiemodul zur röntgenspek- troskopischen Auswertung der Aufnahmeserie und Identifizierung zumindest eines Materials der zu untersuchenden Objekte vorgesehen wird, wobei eine Erstellung und eine Vergabe von zweiten Kennzei- chen Cs für eine Materialidentifizierung durchgeführt werden, wobei nach dem Durchlauf des Rekonstruktionsmoduls und danach des Spektroskopiemoduls die Analyseergebnisse aus den digitalisierten radiographischen Aufnahmeserien in einer Kombination des Rekonstruktionsmodus und des dem Rekonstruktionsmodul nachgeordneten Spektro- skopiemoduls für eine komplexe Auswertung der Radiographie in einer

Superpositionseinheit zusammengeführt und die Kennzeichen CR, CS miteinander verglichen und in einem finalen Ergebnisbild ausgegeben werden sowie eine Materialidentifikation durchgeführt wird. Dabei werden folgende detaillierte Schritte in der Auswerteeinheit durchgeführt:

- Einführung einer Tabelle von ersten Kennzeichen CR in einer ersten Funktionseinheit zur Erstellung und Vergabe von ersten Kennzeichen CR für Beschleunigungsspannungen UBS im Rekonstruktionsmodul und

- Zuordnung eines Kennzeichens CR ZU jeder einzeln vorgegebenen Be- schleunigungsspannung UBI,

- Analyse des gleichen Pixels eines Pixelfeldes mit den Koordinaten x, y des Röntgenfiachdetektors auf allen Einzelaufnahmen einer Serie, - Analyse der Einzelaufnahmen, indem die Einzelaufnahmen in der Reihenfolge steigender Beschleunigungsspannungen UBI . . ., UBI analysiert werden, bis das Pixel eine vorher definierte Intensität l _d erstmalig erreicht hat,

- Einführung einer Tabelle von zweiten Kennzeichen Cs in einer zweiten Funktionseinheit zur Erstellung und Vergabe von zweiten Kennzeichen Cs für die Materialidentifizierung im Spektroskopiemodul,

- Zuordnung jeweils eines zweiten Kennzeichens Cs an das Pixel, das dem ersten Kennzeichen CR der Beschleunigungsspannung U _B j der betreffen- den Aufnahme entspricht,

- Wiederholung der Schritte der Kennzeichnungszuordnung für jedes weitere Pixel des Röntgenflachdetektors, wobei die definierte Intensität ld deutlich über dem Rauschen und unterhalb der Sättigung des Röntgenflachdetektors liegt,

- Auswertung aller Pixel des Röntgenflachdetektors und Erstellung eines rekonstruierten finalen Ergebnisbildes mit Informationen aus allen Aufnahmen.

Das erste Kennzeichen CR ZU jeder Beschleunigungsspannung UBI kann als Farbwert oder als Grauwert oder als Code festgelegt werden.

Das zweite Kennzeichen C _s zu jedem Pixel kann als Farbwert oder als Grauwert oder als Code festgelegt werden. Das Verfahren stellt ein Multi-Energie-Verfahren mit mehreren stufenförmig steigenden eingesetzten Beschleunigungsspannungen U _B i dar, wobei für alle Einzelaufnahmen die gleiche Belichtungszeit tßconst oder zur Kompensation der Empfindlichkeitskurve des Röntgenflachdetektors sowie an dessen Einsatzgrenzen der Röntgenröhre in Bezug auf die Beschleunigungsspannung ein definier- ter Verlauf der Belichtungszeiten eingesetzt wird. Eine Justierung, bei der Aufnahmen auf der Basis unterschiedlicher Belichtungszeiten t _ß i kompatibel gemacht werden können, kann ebenso durchgeführt werden. Das Spektroskopiemodul dient zur Durchführung einer spektroskopischen Analyse, wobei mit Hilfe einer in der Auswerteeinheit oder speziell in dem Spektroskopiemodul befindlichen, experimentell erstellten permanenten Materialdatenbank DB _n für n bekannte vorgegebene Materialien/Objekte einschließlich von materialzugehörigen Werten gearbeitet wird, wobei für jedes aufgenommene, in der permanenten Materialdatenbank DB _n gespeicherte vorgegebene Material/Objekt eine Kurve MZ = MZ (OZ, p) der Materialkennziffer MZ, die Ordnungszahl OZ und Dichte p bezogen auf die Beschleunigungsspannung U _B i,- - ·, U _B j, aufgenommen und gespeichert wird.

Bei einer realen Aufnahmeserie eines zu untersuchenden Materials/Objektes wird pixelweise die experimentell ermittelte Materialkennziffer-Kurve des Quotienten l:lo (Sekundärintensität / dividiert durch Primärintensität lo) mit allen Materialkennziffer-Kurven in der permanenten Materialdatenbank DB _n feststellend verglichen, wobei

- im Idealfall es eine Übereinstimmung gibt, wenn das zu untersuchende Material/Objekt in der Materialdatenbank DB„ enthalten ist und wenn, bei einem Material/Objekt, der Verdichtungsgrad gleich ist, oder wenn der Verdichtungsgrad nicht gleich ist, die Materialkennziffer-Kurven des zu untersuchenden Materials/Objektes und die Materialkennziffer-Kurve des bekannten vorgegebenen Materials/Objektes annähernd parallel sind,

- im Realfall mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit eine prozentuale Ü- bereinstimmung festgestellt wird, mit der das zu untersuchende Material/Objekt mit dem bekannten vorgegebenen Material/Objekt in der permanenten Materialdatenbank DB _n bezüglich seiner Materialkennziffer- Kurve übereinstimmt,

- bei keiner Übereinstimmung mit akzeptabler Wahrscheinlichkeit, eine Materialkennziffer MZ zumindest aus Ordnungszahl OZ und Dichte p als Ergebnis in eine Vergleichseinheit ausgegeben wird, wobei der Feststellungsschritt für jedes Pixel des zu untersuchenden lungsschritt für jedes Pixel des zu untersuchenden Materials/Objektes wiederholt wird,

- bei jedem identifizierten Material/Objekt und jeder identifizierten Materialkennziffer MZ im Objekt in jedem Pixel ein Kennzeichen, insbesondere eine Farbe zugeordnet, enthalten ist, wobei aus den farbigen Pixeln das finale Ergebnisbild ermittelt und für das finale Ergebnisbild eine Legende oder eine Ergebnisliste zur Ausgabe in der Ausgabeeinheit erstellt werden, und

- die Materialkennziffer-Kurven nicht nur zweidimensional, sondern auch dreidimensional sein können, um die Aufhärtung des Bremsstrahlungsspektrums in Abhängigkeit der Dicke d darstellen zu können.

Bei einer Vorab-Speicherung der n bekannten vorgegebenen Materialien und/oder Objekte in der permanenten Materialdatenbank DB„ kann nach einem Vergleich der Kennzeichen CR, CS in der Superpositionseinheit der Auswerteeinheit die Identität der untersuchten Materialien/Objekte festgestellt und ausgegeben werden.

Bei einem Wechsel der Röntgenquelle und/oder des Röntgenflachdetektors kann zur Anpassung der vorab angefertigten permanenten Materialdatenbank DB _n an eine andere Übertragungsfunktion eine Kalibrierung der eingesetzten Vorrichtung durchgeführt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können

- aus einer Vielzahl bezüglich Beschleunigungsspannung U _B i und/oder Belichtungszeit tßi einstellbar abgestufter Aufnahmen ein Ergebnisbild des Rekonstruktionsmoduls rekonstruiert werden, wobei damit Materialien/Objekte mit nahezu gleichem Schwächungskoeffizienten kontrastreich abgebildet werden und Objekte mit stark unterschiedlichen Dicken bzw. Wandstärken angepasst belichtet in dem Ergebnisbild dargestellt werden, was der Realisierung des Rekonstruktionsmoduls entspricht,

- durch einstellbar abgestufte Aufnahmeserien mit den Aufnahmen und durch das Analyseverfahren und Auswerteverfahren in der Auswerteein- heit eine spektroskopische Bestimmung des zu untersuchenden Materials

/Objektes in dem Spektroskopiemodul erfolgen,

wodurch eine kontrastreiche und korrekt belichtete Bildgebung des finalen Ergebnisbildes in Kombination mit der spektroskopischen Analyse erreicht wird, wobei eine korrekte Belichtung als deutlich oberhalb des Rauschens von Rönt- gengenerator und von Detektor und unterhalb der Sättigung des Detektors definiert wird.

Die Vorrichtung zur bildgebenden Prüfung von Objekten einschließlich von Ma- terialien der Objekte mit Röntgenstrahlung, unter Verwendung des vorgenannten Verfahrens,

umfasst gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 12 zumindest

- eine Röntgenquelle,

- einen Röntgengenerator mit einstellbarer Beschleunigungsspannung Ußi für die Röntgenquelle,

- eine Steuereinheit, die mit dem Röntgengenerator verbunden ist und zumindest die Beschleunigungsspannungen ÜB, und Belichtungszeiten tei für die Röntgenquelle einstellt,

- einen mit Pixeln organisierten Röntgenflachdetektor,

- eine Digitalisierungseinheit, die dem Röntgenflachdetektor nachgeordnet ist,

- eine Auswerteeinheit, die über der Digitalisierungseinheit mit dem Röntgenflachdetektor in Verbindung steht und die zumindest folgende Module aufweist, wobei

- das erste Modul als Rekonstruktionsmodul zumindest mit einer ersten

Funktionseinheit zur Erstellung und Vergabe von ersten Kennzeichen CR für Beschleunigungsspannungen UBI ausgebildet ist,

- das zweite Modul als Spektroskopiemodul zumindest mit einer zweiten Funktionseinheit zur Erstellung und Vergabe von zweiten Kennzei- chen Cs für jedes Pixel des Röntgenflachdetektors sowie mit einer zugeordneten permanenten Materialdatenbank DB _n mit darin gespeicherten n vorgegebenen Materialien/Objekten und zugehörigen Mate- rial-/Objektwerten ausgebildet ist, - eine Superpositionseinheit zur Bewertung von Ergebnissen aus dem Rekonstruktionsmodul und dem dem Rekonstruktionsmodul nachgeordneten Spektroskopiemodul,

wobei die Steuereinheit mit der Auswerteeinheit zur Koordinierung von einstellbaren Beschleunigungsspannungen U _K und einstellbaren Belichtungszeiten ta und den auf den Aufnahmen der Aufnahmeserien erhaltenen Informationen und zur Signalrückkopplung in Verbindung steht, sowie

- eine Ausgabeeinheit für das aus der Superpositionseinheit erhaltene fina- le Ergebnisbild.

Zur Halterung von Objekten einschließlich der Materialien kann im Röntgen- strahlengang zumindest eine Halterungseinrichtung vorhanden sein. Das Rekonstruktionsmodul kann neben der ersten Funktionseinheit zur Erstellung und Vergabe von ersten Kennzeichen CR für einstellbare Beschleunigungsspannungen UB _I zumindest umfassen

- einen Datenpuffer zur Zwischenspeicherung des Bildersets Bj aus i Aufnahmen (i > 1 oder i »1 ) mit steigender Beschleunigungsspannung UBI und konstanter Belichtungszeit t _Bc onst, wobei der Datenpuffer in der Auswerteeinheit mit der Digitalisierungseinheit in Verbindung steht,

- eine Zuordnungseinheit zur Zuordnung eines Kennzeichens CRJ zum Bilderset Bi mit zugehöriger Beschleunigungsspannung UBS -* ^■ erstes Kennzeichen CRJ,

- eine Analyseeinheit zur Analyse jeweils aller Pixel Pj ^W (x,y) vom Bilderset Bj mit steigendem Index i, bis eine vordefinierte Schwellwertintensität S erreicht ist mit der Zuordnung der Pixel mit Pixel P ⁰ -*· erstes Kennzeichen C _RJ ,

- eine Entscheidungseinheit zur Fallentscheidung, ob ein überbelichteter Bereich oder ein unterbelichteter Bereich innerhalb einer Aufnahmeserie existiert,

wobei bei keinem Eintritt der beiden Fälle Signale an das Spektroskopiemodul weitergeleitet werden, wobei bei einem unterbelichteten Bereich eine Anfertigung eines neuen Bildersets Bj mit vergrößerter Belichtungszeit t _Bn eu > tß oder

wobei bei einem überbelichteten Bereich eine Anfertigung eines neuen Bildersets Bj mit verkürzter Belichtungszeit tßneu < te durchgeführt werden.

Das Rekonstruktionsmodul kann mit einer Auslöseeinheit in Verbindung stehen, die zur Signalgebung für eine Anfertigung von neuen Bildersets B _in eu sowohl für angepasste vergrößerte Belichtungszeiten tßneu als auch für angepasste verkürzte Belichtungszeiten u dient und die mit der Steuereinheit zur Einstellung ei- ner dem neuen Bilderset Β _ίηβυ angepassten Belichtungszeit tßneu der Röntgenröhre in Verbindung steht.

Das Spektroskopiemodul kann neben der zweiten Funktionseinheit zur Erstellung und Vergabe von zweiten Kennzeichen Cs für die Materialidentifizierung zumindest umfassen

- eine Speichereinheit zur permanenten Speicherung von bekannten, vorgegebenen Materialien einer Materialdatenbank DB _n , die in einer Systemlernphase mit den n verschiedenen vorgegebenen Materialien in Form einer Kurve einer Materialkennziffer MZ, die zumindest mit Ordnungszahl OZ und Dichte p des jeweiligen vorgegebenen Materials in funktioneller Verbindung steht, gefüllt ist,

- eine Quotientenbildungseinheit zur Bildung eines jeweiligen Intensitätsverhältnisses \J\ ₀ aus den Grauwerten aller Pixel P _j ⁽ⁱ⁾ des Bildersets Bj und dem ausgezeichneten Pixelfeld zur Bestimmung der Primärintensität lo verbunden mit einem Vergleich mit den n vorgegebenen Materialien der Materialdatenbank DB _n ,

- eine Zuordnungseinheit zur Zuordnung eines Materialcodes Cs _j zu einer Materialkennziffer MZ-Kurve,

- eine Vergleichseinheit zur Bestimmung eines Übereinstimmungsgrades zwi- sehen dem zu untersuchenden Material und allen bereits eingespeicherten

Materialien in der permanenten Materialdatenbank DB _n , wobei

- bei einem hohen Übereinstimmungsgrad Bestätigungs-Signale zur Superpositionseinheit geführt werden oder - bei keinem oder einem niedrigen Übereinstimmungsgrad eine Ausgabe einer neuen Materialkennziffer MZ erfolgt, die im Lernmodus die Materialdatenbank DB _n mit dem neuen Material (n+1) durch Speicherung zu einer um das neue Material vergrößerten Materialdatenbank zu DB _n+ i er- gänzt werden.

Die Vorrichtung kann bei Realisierung des Verfahrens eine erstellte Materialdatenbank DB _n aufweisen, die wahlweise zweidimensioniert oder dreidimensioniert aufgebaut ist, wobei vorgegebene, zu speichernde Größen wahlweise die Be- schleunigungsspannung (Energie) UK, der Absorptionskoeffizient μ oder der Massenschwächungskoeffizient μ/ρ oder das Produkt aus Absorptionskoeffizient μ und Dicke d mit

μ · d oder zusätzliche abgeleitete Größen, wie die durchschnittliche Ordnungszahl OZ, sind.

Die Erfindung beschreibt damit ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen auf der Grundlage einer Bildrekonstruktion von Objekten einschließlich von Materialien aus einer größeren Anzahl von Einzelaufriahmen mit vielen verschiedenen Beschleunigungsspannungen und Belichtungszeiten Objekte einschließlich der Materialien radiographisch untersucht werden können.

Weiterbildungen und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Dual-Energy-Technologie zur Gepäckkontrolle über die Intemet- adresse http:/ www.smithsdetection.com/deu/321.php (vom

30.08.2012),

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur bildgebenden Prüfung von Objekten einschließlich von Materialien für das erfindungsge- mäße Verfahren einschließlich eines Mehrfach-Beschleunigungsspan- nungs-Verfahrens (engl. Multi-Energy), wobei ein erstes zu untersuchendes Objekt mit dem Modell-Material Weizenmehl und ein zweites zu untersuchendes Objekt mit dem Modell-Material Roggenmehl vorgesehen und wobei ein in Pixel strukturierter Detektor und ein rekonstruiertes Ergebnisbild angegeben sind,

Fig. 3 eine schematische Blockdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Rekonstruktionsmodul und mit einem Spektroskopiemodul zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 eine funktionale Blockdarstellung des Rekonstruktionsmoduls, Fig. 5 eine funktionale Blockdarstellung des Spektroskopiemoduls und

Fig. 6 Grauwertkurven zweier Materialien mit sehr ähnlichem (mathematischem) Produkt μ d, wobei μ der Schwächungskoeffizient und d die Dicke des jeweiligen Materials darstellen. Im Folgenden werden die Fig. 2 und die Fig. 3 gemeinsam betrachtet.

In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur bildgebenden Prüfung von Materialien 3, 4 in Objekten 5 und 6 mit Röntgenstrahlung 21 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einschließlich eines Mehr- fach-Beschleunigungsspannungs-Verfahrens (engl. Multi-Energy-Verfahren) ge- zeigt.

Die Vorrichtung 1 zur bildgebenden Prüfung von Objekten 5, 6 einschließlich der Materialien 3, 4 mit Röntgenstrahlung 21 , unter Verwendung des nachfolgend genannten Verfahrens, umfasst zumindest

- eine Röntgenquelle 7,

- einen Röntgengenerator 2 mit einstellbarer Beschleunigungsspannung Ua für die Röntgenquelle 7, - eine Steuereinheit 10, die mit dem Röntgengenerator 2 verbunden ist und zumindest die Beschleunigungsspannungen UK und Belichtungszeiten tei für die Röntgenquelle 7 einstellt,

- einen mit Pixeln 14, 15, 16 und weiteren Pixeln P _j organisierten Röntgen- flachdetektor 9,

- eine Digitalisierungseinheit 19, die dem Röntgenflachdetektor 9 nachgeordnet ist,

- eine Auswerteeinheit 12, die über der Digitalisierungseinheit 19 mit dem Röntgenflachdetektor 9 in Verbindung steht und die zumindest folgende Mo- dule 26, 27 aufweist, wobei

- das erste Modul 26 als Rekonstruktionsmodul zumindest mit einer ersten Funktionseinheit 20 zur Erstellung und Vergabe von ersten Kennzeichen CR für Beschleunigungsspannungen U _Bi ausgebildet ist,

- das zweite Modul 27 als Spektroskopiemodul zumindest mit einer zweiten Funktionseinheit 22 zur Erstellung und Vergabe von zweiten Kennzeichen Cs für jedes Pixel 14, 15, 16 und weiteren Pixeln Ρ/° des Röntgen- flachdetektors 9 sowie mit einer zugeordneten permanenten Materialdatenbank DB _n 24 mit darin gespeicherten vorgegebenen Materialien/Objekten 25 und zugehörigen Material-/Objektwerten ausgebildet ist, - eine Superpositionseinheit 28 zur Bewertung von Ergebnissen aus dem Rekonstruktionsmodul 26 und dem Spektroskopiemodul 27,

wobei die Steuereinheit 10 mit der Auswerteeinheit 12 zur Koordinierung von einstellbaren Beschleunigungsspannungen UK und einstellbaren Belichtungszeiten t« und mit den auf den Aufnahmen 17, 18 der Aufnahme- Serien erhaltenen Informationen und zur Signalrückkopplung in Verbindung steht, sowie

- eine Ausgabeeinheit 30 für das aus der Superpositionseinheit 28 erhaltene finale Ergebnisbild 13. Zur Halterung von Objekten 5, 6 einschließlich der Materialien 3, 4 kann im Röntgenstrahlengang 21 gemäß Fig. 2 zumindest eine Halterungseinrichtung 8 vorhanden sein. In Fig. 3 ist eine schematische Blockdarstellung der Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Rekonstruktionsmodul 26 und mit einem Spektroskopiemodul 27 gezeigt. Das in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellte Rekonstruktionsmodul 26 umfasst neben der ersten Funktionseinheit 20 zur Erstellung und Vergabe von ersten Kennzeichen CR für einstellbare Beschleunigungsspannungen U _B i zumindest

- einen Datenpuffer zur Zwischenspeicherung des Bildersets Bj aus i Aufnahmen (i > 1 oder i »1 ) mit steigender Beschleunigungsspannung UBI und konstanter Belichtungszeit te, wobei der Datenpuffer der Auswerteeinheit 12 mit der Digitalisierungseinheit 19 in Verbindung steht,

- eine Zuordnungseinheit zur Zuordnung eines Kennzeichens CR; zum Bilderset Bj mit zugehöriger Beschleunigungsspannung UBS -* erstes Kennzeichen CRJ,

- eine Analyseeinheit zur Analyse jeweils aller Pixel Ρ °(χ,ν) vom Bilderset B; mit steigendem Index i, bis eine vordefinierte Schwellwertintensität S erreicht ist mit der Zuordnung der Pixel mit Pixel Ρ ° -* erstes Kennzei

- eine Entscheidungseinheit zur Fallentscheidung, ob ein überbelichteter Bereich oder ein unterbelichteter Bereich existiert,

wobei bei keinem Eintritt der beiden Fälle Signale an das dem Rekonstruktionsmodul 26 nachgeordneten Spektroskopiemodul 27 weitergeleitet werden, wobei bei einem unterbelichteten Bereich eine Anfertigung eines neuen Bildersets Bj mit vergrößerter Belichtungszeit t _Bn eu > te oder

wobei bei einem überbelichteten Bereich eine Anfertigung eines neuen Bildersets B, mit verkürzter Belichtungszeit u < te ausgelöst werden.

Das Rekonstruktionsmodul 26 kann vorzugsweise mit einer Auslöseeinheit in Verbindung stehen, die zur Signalgebung für eine Anfertigung von neuen Bildersets Bjneu sowohl für angepasste vergrößerte Belichtungszeiten u als auch für angepasste verkürzte Belichtungszeiten u dient und die mit der Steuereinheit 10 zur Einstellung einer dem neuen Bilderset B _in eu angepassten Belichtungszeit tßneu der Röntgenröhre 7 in Verbindung steht. Das in Fig. 3 und Fig. 5 dargestellte Spektroskopiemodul 27 umfasst neben der zweiten Funktionseinheit 22 zur Erstellung und Vergabe von zweiten Kennzeichen C _s für die Materialidentifizierung zumindest

- eine Speichereinheit zur permanenten Speicherung von n vorgegebenen Materialien 25 einer Materialdatenbank DB„ 24, die in einer Systemlernphase mit n verschiedenen bekannten und vorgegebenen Materialien 25 in Form einer Kurve einer Materialkennziffer MZ, die mit Ordnungszahl OZ und Dichte p des jeweiligen vorgegebenen Materials 25 in funktionel- ler Verbindung MZ = MZ (OZ, p) steht, gefüllt ist,

- eine Quotientenbildungseinheit zur Bildung eines jeweiligen Intensitätsverhältnisses Ij Io aus den Grauwerten aller Pixel P _j ⁽ⁱ⁾ des Bildersets Bj und dem ausgezeichneten Pixelfeld 23 zur Bestimmung der Primärintensität lo mit nachfolgendem Vergleich mit den Materialien DB _n der Materialdaten- bank DB„24,

- eine Zuordnungseinheit zur Zuordnung eines Kennzeichens Cs _j zu einer Materialkennziffer MZ-Kurve,

- eine Vergleichseinheit zur Bestimmung eines Übereinstimmungsgrades zwischen dem zu untersuchenden Material 3 oder Material 4 und allen bereits eingespeicherten Materialien 25 in der permanenten Materialdatenbank DB _n 24, wobei

bei einem hohen Übereinstimmungsgrad Bestätigungs-Signale zur Superpositionseinheit 28 geführt werden oder

bei keinem oder einem niedrigen Übereinstimmungsgrad eine Ausgabe einer neuen Materialkennziffer MZ erfolgt, wobei im Lernmodus die Materialdatenbank DB _n 24 mit dem neuen Material (n+1) durch Speicherung zu einer vergrößerten Materialdatenbank mit DB _n +i 24 ergänzt wird.

Das erste zu untersuchende Objekt 5 kann das Material Weizenmehl 3, das zweite zu untersuchende Objekt 6 kann das Material Roggenmehl 4 enthalten. Beide sollen im Beispiel Modell-Materialien darstellen. Beide Materialien 3 und 4 sollen in der weiteren Darstellung vorerst als unbekannte Materialien angesehen werden, um das Verfahren näher erläutern zu können. Zum Einen wird vom ersten zu untersuchenden Objekt 5 mit dem unbekannten Material Weizenmehl 3 eine Aufnahmeserie mit Aufnahmen 17 bis 18 mit gleicher Geometrie und mit einer Stufung von Beschleunigungsspannungen U& und/oder von Belichtungszeiten angefertigt. Die Aufnahmeserie mit den Aufnahmen 17 bis 18 wird in der Auswerteeinheit 12 mit dem Rekonstruktionsmodul 26 und dem Spektroskopiemodul 27 ausgewertet.

Zum Anderen wird vom zweiten zu untersuchenden Objekt 6 mit dem unbekannten Material Roggenmehl 4 eine Aufhahmeserie mit Aufnahmen 17 bis 18 mit gleicher Geometrie und mit einer Stufung von Beschleunigungsspannungen UBS und/oder von Belichtungszeiten t _ß angefertigt. Die Aufnahmeserie wird in der Auswerteeinheit 12 mit dem Rekonstruktionsmodul 26 und mit dem Spektroskopiemodul 27 ausgewertet. Dabei

- dient das Rekonstruktionsmodul 26 zur Durchführung einer Rekonstruktion zur kontrastreichen Abbildung bei sehr ähnlichem Schwächungskoeffizienten und zur zweckmäßigen Darstellung verschiedener Bildbereiche mit extrem unterschiedlichen Dicken und Schwächungskoeffizienten in einer Abbildung,

- ist das Spektroskopiemodul 27 zur röntgenspektroskopischen Auswertung der Aufnahmeserie mit den Aufnahmen 17 bis 18 und Identifizierung der zu untersuchenden Materialien 3, 4 in der Auswerteeinheit 12 vorgesehen und

- wird eine Kombination des Rekonstruktionsmoduls 26 und des Spektroskopiemoduls 27 für eine komplexe Auswertung der Radiographie in einer dem Spektroskopiemodul 27 nachgeschalteten Superpositionseinheit 28 durchgeführt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vom zu untersuchenden Objekt 5, 6 einschließlich des jeweiligen Materials 3, 4 jeweils eine radiographische Aufnahmeserie mit den Aufnahmen 17 bis 18 mit einer Stufung der Beschleunigungsspannungen Ußi und/oder der Belichtungszeiten t _B angefertigt. Die Aufnahmeserie mit den Aufnahmen 17 bis 18 wird nach der Absolvierung der beiden nacheinander geschalteten Module 26, 27 analysiert und nachfolgend werden die Analyseergebnisse in Kombination in der Superpositionseinheit 28 miteinander verglichen. Während herkömmlich das Objekt Behält- nis 5 mit dem Material Weizenmehl 3 vom Objekt Behältnis 6 mit dem Material 4 Roggenmehl röntgenographisch nicht unterscheidbar war, ist erfindungsgemäß eine Materialidentifikation möglich. Gegebenenfalls kann für Zwischeninformationen ein in Fig. 2 gezeigtes Ergebnisbild 29 des Rekonstruktionsmoduls 26 angefertigt werden.

Das Verfahren zur bildgebenden Prüfung von Objekten 5, 6 einschließlich der Materalien 3, 4 mit Röntgenstrahlung 21 unter Berücksichtigung der Fig. 2, der Fig. 3 und Fig. 4 umfasst zumindest folgende Schritte:

- Anfertigung einer von einem pixelweise organisierten Röntgenflachdetek- tor 9 aufgenommenen, digitalisierten radiografischen Aufnahmeserie mit den Aufnahmen 17 bis 18 mit gleicher Geometrie und mittels einer einstellbaren Stufung von Beschleunigungsspannungen UBI und/oder mittels einer einstellbaren Stufung von Belichtungszeiten te vom zu untersuchenden Material/Objekt 3, 4, 5, 6 und

- Auswertung der digitalisierten Aufnahmeserie 17 bis 18 in einer Auswerteeinheit 12 mit zumindest jeweils einer Funktionseinheit 20; 22 zur Erstellung und Vergabe von jeweiligen Kennzeichen CR; C _s aufweisenden Modulen 26; 27, wobei

- das erste Modul 26 als ein Rekonstruktionsmodul zur Durchführung einer Rekonstruktion zur kontrastreichen Abbildung bei sehr ähnlichem Schwächungskoeffizienten und zur zweckmäßigen Darstellung verschiedener Bildbereiche mit extrem unterschiedlichen Dicken und Schwächungskoeffizienten in der Abbildung dient, wobei eine Erstellung und eine Vergabe von ersten Kennzeichen CR für die Beschleunigungsspannungen durchgeführt werden, und

- das zweite Modul 27 als ein Spektroskopiemodul zur röntgenspek- troskopischen Auswertung der Aufnahmeserie 17 bis 18 und Identifi- zierung zumindest eines Materials 3, 4 der zu untersuchenden Objekte 5, 6 vorgesehen wird, wobei eine Erstellung und eine Vergabe von zweiten Kennzeichen Cs für die Materialidentifizierung durchgeführt werden, wobei nach dem Durchlauf des Rekonstruktionsmoduls 26 und danach des Spektroskopiemoduls 27 die Analyseergebnisse aus den digitalisierten radiographischen Aufnahmeserien 17, 18 in einer Kombination des Rekonstruktionsmodus 26 und des dem Rekonstruktionsmodul 26 nachgeordneten Spektrosko- piemoduls 27 für eine komplexe Auswertung der Radiographie in einer Superpositionseinheit 28 zusammengeführt und die Kennzeichen C _R> Cs miteinander verglichen und in einem finalen Ergebnisbild 13 ausgegeben werden sowie eine Materialidentifikation durchgeführt wird. Dabei werden folgende detaillierte Schritte in der Auswerteeinheit 12 durchgeführt:

- Einführung einer Tabelle von ersten Kennzeichen CR in einer ersten Funktionseinheit 20 zur Erstellung und Vergabe von ersten Kennzeichen CR für Beschleunigungsspannungen UBI im Rekonstruktionsmodul 26 und - Zuordnung des Kennzeichens CR ZU jeder einzeln vorgegebenen Beschleunigungsspannung U _ß i,

- Analyse des gleichen Pixels 14 des Pixelfeldes 1 1 mit den Koordinaten x, y auf allen Einzelaufnahmen 17 bis 18 einer Serie,

- Analyse der Einzelaufnahmen 17, 18, indem die Einzelaufnahmen 1 7 bis 18 in der Reihenfolge steigender Beschleunigungsspannungen UBL- . -,

UBH gemäß Fig. 2 analysiert werden, bis das Pixel 14 eine vorher definierte Intensität l<j erstmalig erreicht hat,

- Einführung einer Tabelle von zweiten Kennzeichen Cs in einer zweiten Funktionseinheit 22 zur Erstellung und Vergabe von zweiten Kennzei- chen Cs für die Materialidentifizierung im Spektroskopiemodul 27,

- Zuordnung jeweils eines zweiten Kennzeichens C _s an das Pixel 14, das dem ersten Kennzeichen CR der Beschleunigungsspannung J _Bi der betreffenden Aufnahme 17, 18 entspricht,

- Wiederholung der Schritte der Kennzeichnungszuordnung für jedes wei- tere Pixel 15, 16 und aller weiterer Pixel des Röntgenflachdetektors 9, wobei die definierte Intensität l _d deutlich über dem Rauschen und unterhalb der Sättigung des Röntgenflachdetektors 9 liegt, - Auswertung der Pixel 14, 15, 16 und aller weiterer Pixel des Röntgen- flachdetektors 9 und Erstellung eines rekonstruierten finalen Ergebnisbildes 13 mit Informationen aus allen Aufnahmen 17 bis 18. Das erste Kennzeichen C _R zu jeder Beschleunigungsspannung U _B i kann als Farbwert oder als Grauwert oder als Code festgelegt werden.

Das zweite Kennzeichen C _s zu jedem Pixel 14, 15, 16 und zu weiteren Pixeln P _j ® des Röntgenflachdetektors 9 kann als Farbwert oder als Grauwert oder als Code festgelegt werden .

Das Verfahren stellt ein Multi-Energie-Verfahren mit mehreren stufenförmig steigenden Beschleunigungsspannungen, z.B. gemäß Fig. 2 mit UBL, · · _■ U _B H mit L - low/niedrig und H - high/hoch, dar, wobei für alle Einzelaufnahmen 17 bis 18 die gleiche Belichtungszeit teconst oder zur Kompensation der Empfindlichkeitskurve des Röntgenflachdetektors 9 sowie an dessen Einsatzgrenzen der Röntgenröhre 7 in Bezug auf die Beschleunigungsspannung ein definierter Verlauf der Belichtungszeiten eingesetzt wird. Eine Justierung, bei der Aufnahmen auf der Basis unterschiedlicher Belichtungszeiten tsi kompatibel gemacht werden können, kann durchgeführt werden.

Das Spektroskopiemodul 27 dient zur Durchführung einer spektroskopischen Analyse, wobei mit Hilfe einer in der Auswerteeinheit 12 befindlichen, experi- mentell erstellten permanenten Materialdatenbank DB _n 24 für n bekannte vorgegebene Materialien/Objekte 25 und mit materialzugehörigen Werten gearbeitet wird, wobei für jedes aufgenommene, in der permanenten Materialdatenbank DB _n 24 gespeicherte Material/Objekt 25 eine Kurve MZ = MZ (OZ, p) der Materialkennziffer MZ, zumindest die Ordnungszahl OZ und Dichte p bezogen auf die Beschleunigungsspannung UBJ, aufgenommen und gespeichert wird.

Bei einer realen Aufnahmeserie 17 bis 18 des zu untersuchenden Weizenmehls 3 und des zu untersuchenden Roggenmehls 4 wird jeweils pixelweise die expe- rimentell ermittelte Materialkennziffer-Kurve MZWM und MZRM des jeweiligen Quotienten /:/o (/ dividiert durch l ₀ ) mit allen Materialkennziffer-Kurven MZ in der permanenten Materialdatenbank DB,, 24 verglichen, wobei

- im Idealfall es eine Übereinstimmung gibt, wenn das zu untersuchende Weizenmehl 3 und Roggenmehl 4 in der Materialdatenbank DB„ 24 enthalten ist und wenn, bei einem Material/Objekt, der Verdichtungsgrad gleich ist, oder wenn der Verdichtungsgrad nicht gleich ist, die Materialkennziffer-Kurve MZWM des zu untersuchenden Weizenmehls 3 und die Materialkennziffer-Kurve MZ _RM des zu untersuchenden Roggenmehls 4 und die Materialkennziffer-Kurve MZ des bekannten vorgegebenen Materials/Objektes 25 annähernd parallel sein werden,

- im Realfall mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit eine prozentuale Ü- bereinstimmung festgestellt wird, mit der das zu untersuchende Weizenmehl 3 und das zu untersuchende Roggenmehl 4 mit dem bekannten vorgegebenen Material/Objekt 25 in der permanenten Materialdatenbank

DB _n 24 bezüglich seiner Materialkennziffer-Kurve MZ übereinstimmt,

- bei keiner Übereinstimmung mit akzeptabler Wahrscheinlichkeit, eine Materialkennziffer MZ, zumindest aus Ordnungszahl OZ und Dichte p, als Ergebnis in eine Vergleichseinheit ausgegeben wird, wobei der Verfahrensschritt für jedes Pixel 14, 15, 16 und alle weiteren Pixel P _j ® des zu untersuchenden Weizenmehls 3 und des zu untersuchenden Roggenmehls 4 wiederholt wird,

- bei jedem identifizierten untersuchten Weizenmehls 3 und untersuchten Roggenmehls 4 und jeder identifizierten Materialkennziffer MZ im Objekt 5; 6 in jedem Pixel 14, 15, 16 und in allen weiteren Pixeln P _j ® ein Kennzeichen, insbesondere eine Farbe zugeordnet, enthalten ist, wobei aus den farbigen Pixeln 14, 15, 16 und allen weiteren Pixeln P _j ^f,) das finale Ergebnisbild 13 ermittelt und für das finale Ergebnisbild 13 eine Legende oder eine Ergebnisliste zur Ausgabe in der Ausgabeeinheit 30 erstellt werden.

Die dem Weizenmehl 3 und dem Roggenmehl 4 zugeordneten Objekte 5 und 6 können z.B. kleine Behältnisse oder Tüten sein. Bei einer Vorab-Speicherung der parameterbekannten vorgegebenen Materialien und/oder Objekten 25 in der permanenten Materialdatenbank DB _n 24 kann nach einem Vergleich der Kennzeichen CR und C _S in der Superpositionseinheit 28 der Auswerteeinheit 12 die Identität der untersuchten Materialien 3, 4/Objekte 5, 6 festgestellt und ausgegeben werden.

Bei einem Wechsel der Röntgenquelle 7 und/oder des Röntgenflachdetektors 9 kann zur Anpassung der vorab angefertigten permanenten Materialdatenbank DB _n 24 an die andere Übertragungsfunktion eine Kalibrierung der Vorrichtung 1 durchgeführt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können

- aus einer Vielzahl bezüglich Beschleunigungsspannung UBI und/oder Be- lichtungszeit tei einstellbar abgestufter Aufnahmen 17 bis 18 ein Ergebnisbild 29 des Rekonstruktionsmoduls 27 rekonstruiert werden, wobei damit Materialien 3, 4/Objekte 5, 6 mit nahezu gleichem Schwächungskoeffizienten kontrastreich abgebildet werden und Objekte 5, 6 mit stark unterschiedlichen Dicken bzw. Wandstärken angepasst belichtet in dem Ergebnisbild 29 dargestellt werden, was der Realisierung des Rekonstruktionsmoduls 26 entspricht,

- durch einstellbar gestufte Aufnahmeserien mit den Aufnahmen 17 bis 18 und durch das Analyseverfahren und Auswerteverfahren in der Auswerteeinheit 12 eine spektroskopische Bestimmung des zu untersuchenden Materials 3, 4/Objektes 5, 6 in dem Spektroskopiemodul 27 erfolgen, wodurch eine kontrastreiche und korrekt belichtete Bildgebung des finalen Ergebnisbildes 13 in Kombination mit der spektroskopischen Analyse erreicht wird, wobei eine korrekte Belichtung als deutlich oberhalb des Rauschens von Rönt- gengenerator 2 und Detektor 9 und unterhalb der Sättigung des Detektors 9 de- finiert wird.

Jeder einzelnen vorgegebenen Beschleunigungsspannung UBI wird dabei durch die Funktionseinheit 20 per kennzeichnender„Farbtafel" ein erstes Kennzeichen CR, Z.B. ein Farbwert oder ein Grauwert oder ein Code zugeordnet. Dabei wird auf allen Aufnahmen 17 bis 18 einer Serie das gleiche Pixel 14 des Pixelfeldes 1 1 mit den x,y - Koordinaten des Röntgenflachdetektors 9 analysiert. Die Einzelaufnahmen 17 bis 18 werden solange in der Reihenfolge steigender Be- schleunigungsspannungen U _B L . - - U _B H gemäß Fig. 2 analysiert, bis das Pixel 14 eine vorher definierte Intensität l _d erstmalig erreicht hat.

Das Pixel 14 erhält dann aus der Funktionseinheit 20 des Rekonstruktionsmo ^¬ duls 26 das erste Kennzeichen CR, Z.B. in Form einer Farbe oder eines Grau- wertes oder eines Codes, das dem ersten Kennzeichen CR der Beschleunigungsspannung UBH oder U _B L der betreffenden Aufnahme 17, 18 zugeordnet ist. Das heißt, das Pixel 4 der Koordinaten x, y erhält das erste Kennzeichen CR „Farbe" der Beschleunigungsspannung Ua, bei welcher erstmals die festgelegte Intensität l _d erreicht wird. Der Schritt der Kennzeichnung wird für jedes weitere Pixel z.B. 15, 16 und alle weiteren Pixel P _j ® wiederholt, wie in Fig. 2 an einem Beispiel Weizenmehl 3 und Roggenmehl 4 mit rekonstruiertem Ergebnisbild 29 und pixelweise im Pixelfeld 1 1 angedeutet ist. Die definierte Intensität ld muss deutlich über dem Rauschen und unterhalb der Sättigung des Röntgenflachdetektors 9 liegen. Sind alle Pixel 14, 5, 16 und alle weiteren Pixel Ρ ° ausgewer- tet, wird ein rekonstruiertes Ergebnisbild 29 mit relevanten Informationen aus allen Aufnahmen 17 bis 18 erhalten. Besondere Anforderungen ergeben sich bei den Objektgebieten, die eine so große oder so kleine Absorption der Röntgenstrahlen aufweisen, so dass die Messwerte außerhalb des Messbereiches des Röntgenflachdetektors 9 oder der Parameter der Röntgenröhre 7 liegen.

Gegebenenfalls ist eine Kombination zwischen der Variation der Beschleunigungsspannung U _B und der Belichtungszeit t _B zweckmäßig, insbesondere dann, wenn die untere Grenze der Beschleunigungsspannung oder die obere Grenze der Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre erreicht wird.

Gegebenenfalls kann zur Zwischeninformation ein Ergebnisbild 31 des Spektroskopiemoduls 27 angezeigt werden. Das Spektroskopiemodul 27 dient zur Durchführung einer spektroskopischen Analyse mit dem Ziel einer eindeutigen Materialidentifikation.

Wird die bekannte Absorptionsgleichung (I) / = i ₀ ^e' ^ für das Schwächungsgesetz nach der Objektdicke d umgestellt, wird folgende Gleichung (III) erhalten:

Da von einem zu untersuchenden Objekt 5 oder 6 bei gleicher Aufnahmegeo- metrie eine Serie von Einzelaufnahmen 17, 18 mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen U _B i, Uß2 oder ÜB. angefertigt wird, ist dann, bezogen auf ein konkretes Pixel 14 des Röntgenflachdetektors 9, die Objektdicke d in allen Aufnahmen Bj gleich (di = d ₂ = ck = d* = ds ··-■ d.h. d,= const.).

Für Stoffe in Fo nd Verbindungen wird nach Gleichung (II)

verfahren.

Es kann also ein mathematisches Gleichungssystem aufgestellt werden. Zur Lösung des mathematischen Gleichungssystems werden Randbedingungen betrachtet oder mit einem vorgegebenen Standardobjekt gearbeitet, da das Gleichungssystem eine mathematische Unbekannte mehr hat als mathematische Gleichungen vorhanden sind. Die Primärintensität l ₀ wird dadurch gemes- sen, dass ein kleines, in Fig. 2 gezeigtes Feld 23 des Röntgenflachdetektors 9 frei gehalten wird, d.h. das Objekt 5 und/oder das Objekt 6 in diesem Feld 23 nicht abgebildet werden. Bei Sättigung des Röntgenflachdetektors 9 kann ein keilförmiger oder stufenförmiger Absorber Anwendung finden. Über den Absorber kann die Primärintensität / ₀ berechnet werden. Die Sekundärintensität / ist die gemessene Intensität im betrachteten Pixel 14 des abgebildeten Objektes 5 oder 6.

Der Schwächungskoeffizient μ wird bei der Radiographie im Wesentlichen vom Photoabsorptionskoeffizienten τ(Ε) bestimmt, der proportional zur durchschnittlichen Objektdichte und zur 4. Potenz der durchschnittlichen Ordnungszahl sowie indirekt proportional zur 3. Potenz der Energie der eingestrahlten Röntgenstrahlung ist.

Da sich in den zu untersuchenden Objekten 5 und 6 die durchschnittliche Ordnungszahl und die durchschnittliche Dichte, bezogen auf ein konkretes Pixel 14 oder 15 oder 16, nicht so einfach als absolute Messwerte bestimmen lassen, wird mit relativen Werten gearbeitet. Auch die Energie ist nicht bestimmbar, da ja mit einem kontinuierlichen Spektrum durchleuchtet wird und nicht nur mit der maximalen Beschleunigungsspannung, wobei aus UB = E _MAX gemäß dem Gesetz von Duane-Hunt die untere Grenzwellenlänge A _MM des Bremsstrahlungs- Spektrums folgt.

Um die Problematik dennoch zu beherrschen, wird mit Hilfe einer in der Auswerteeinheit 12 befindlichen, experimentell erstellten Materialdatenbank 24 für bekannte, definiert vorgegebene Materialien und mit zugehörigen bezogenen Werten gearbeitet. Für jedes aufgenommene, in der Materialdatenbank DB _n 24 per- manent gespeicherte, z.B. definiert vorgegebene Material 25 wird eine Kurve der Materialkennziffer MZ, die zumindest Ordnungszahl OZ und Dichte p berücksichtigt, bezogen auf die Beschleunigungsspannung, aufgenommen und gespeichert.

Bei einer realen Aufnahmeserie 17 bis 18 eines zu untersuchenden Materials 3 und/oder 4 wird über eine Vergleichseinheit zur Bestimmung des Übereinstimmungsgrades die experimentell ermittelte Materialkennziffer-Kurve des Quotienten l:lo mit allen Materialkennziffer-Kurven in der permanenten Materialdatenbank DB _n 24 verglichen. Im Idealfall gibt es eine Übereinstimmung, wenn das zu untersuchende Material 3 oder 4 als bekanntes vorgegebenes Material 25 in der permanenten Materialdatenbank DB _n 24 enthalten ist und wenn, z.B. bei einem Pulver, der Verdichtungsgrad gleich ist. Ist der Verdichtungsgrad nicht gleich, dann werden die Materialkennziffer-Kurven annähernd parallel sein.

Im Realfall kann es aber auch sein, dass nur eine prozentuale Übereinstimmung festgestellt werden kann, d.h. die Wahrscheinlichkeit, mit das zu untersuchende Material 3 oder 4 mit dem bekannten Material 25 in der permanenten Materialdatenbank DB _n 24 bezüglich seiner Materialkennziffer-Kurve übereinstimmt. Ist keine Übereinstimmung mit akzeptabler Wahrscheinlichkeit feststellbar, kann eine Materialkennziffer MZ, zumindest aus Ordnungszahl OZ und Dichte p, als Ergebnis ausgegeben werden. Der genannte Verfahrensschritt wird für jedes Pixel 15, 16 und jedes weitere Pixel P _j ^W des zu untersuchenden Objektes 5, 6 wiederholt. Jedes identifizierte Material 3, 4 und jede identifizierte Materialkennziffer MZ im Objekt 5 oder 6 erhalten in jedem Pixel 14, 15, 16 und allen weiteren Pixeln p ⁰ ein zweites Kennzeichen C _s , insbesondere eine Farbe zugeordnet. Aus den farbigen Pixeln 14, 15, 16 und weiteren Pixeln P ° wird das Ergebnisbild 31 rekonstruiert und für das Ergebnisbild 31 wird eine Legende oder Er- gebnisliste erstellt.

Sind in der permanenten Materialdatenbank DB _n 24 bereits vorher das Material Weizenmehl 3 und das Material Roggenmehl 4 gespeichert, so kann nach Vergleich in der Vergleichseinheit zur Bestimmung des Übereinstimmungsgrades die Identität der Materialien 3 und 4 festgestellt und ausgegeben werden. Sind in der permanenten Materialdatenbank DB„ 24 nicht nur Daten von Materialien von lebensverträglichen Gütern, sondern auch von Gefahrengütern gespeichert, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 universell eingesetzt werden.

Um die vorab angefertigte permanente Materialdatenbank DB _n 24 mit einem anderen Röntgenflachdetektor 9 (andere Übertragungsfunktion) und einer anderen Röntgenröhre 7 zu nutzen, ist unter Umständen eine Kalibrierung erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt demnach als Vorrichtung kein Synchrotron. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mobil mit herkömmlichen Rönt- genröhren (polychromatische divergente Strahlung) einsetzbar und liefert stets optimal belichtete Röntgenaufnahmen auch großer Ausschnitte aus Objekten inklusive einer relativ genauen Materialidentifizierung im zu untersuchenden Objekt mittels einer lemfähigen Materialdatenbank, die gemessene Kurven l=f(Ue) mit materialspezifisch abgelegten Kurven l=f(U _ß ) pixelweise„spektroskopisch" ver- gleicht (ÜB -. Beschleunigungsspannung). Durch den Kurvenvergleich können auch zwei röntgenographisch ähnlich absorbierende Materialien (mathematisches Produkt: μ mal d) sicher unterschieden werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dabei sowohl die Dicke d als auch das Material über eine neue Multi-Energy-Methode bestimmt, wobei eine Dickeninformation bzw. Materialinformationen vorab nicht notwendig sind. Für die zusätzlich festzuhaltende Ausgangs-/Primärintensität lo (ohne Objekt) wird ent- weder eine freie Detektorfläche oder aufgrund einer möglichen Übersättigung eine Referenzprobe im freien Strahlengang genutzt.

Im Falle von sehr großen bzw. sehr kleinen .Schwächungskoeffizient multipliziert Dicke"-Produkten wird auf einfache Art und Weise die Verweilzeit bei den einzelnen Multi-Energy-Werten verlängert bzw. verkürzt.

Um das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung 1 deutlicher gegenüber dem Stand der Technik herauszustellen, wird in der Fig. 6 die Schwächung zweier ähnlicher Materialien 3 und 4 betrachtet. Während in Bezug auf das genannte Verfahren und die genannte Vorrichtung in der Druckschrift US 2010 0104072 A1 die Materialerkennung„eindimensional", d.h. einer Beschleunigungsspannung, z.B. 65 kV, ist ein Grauwert, z.B. 150, zugeordnet, durchgeführt wird und damit nur ein Material 3 oder das Material 4 erkannt (ein Material bleibt durch die Überdeckung der beiden Grauwertkurven in dem Be- reich unerkannt) wird, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung 1 durch die Beschleunigungsspannungssteuerung die jeweilige gesamte Kurve - der jeweils gesamte Kurvenverlauf - (zweidimensional) registrierend abgefahren, so dass auch das zweite Material zweifelsfrei erkannt werden kann.

In der Fig. 6 ist Folgendes dargestellt:

1. Grauwertkurven zweier Materialien 3 und 4, wobei die Grauwertkurven die Schwächung gegenüber Röntgenstrahlung bei den verschiedenen Be- schleunigungsspannungsparametern der Röntgenröhre zeigen.

2. Das Material 3 und das Material 4 können im Einzelbild bei gängigen übli- chen Beschleunigungsspannungen zwischen etwa 40 und 80 kV (im mittleren Bereich der beiden Kurven) nicht unterschieden werden (bei einer herkömmlichen Dual-Energy-Methode). Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung 1 werden aber die ganzen Kurven in ihrem Kurvenverlauf verglichen und somit die zur Unterscheidung der Materialien 3 und 4 führenden Abweichungen (in den äußeren Bereichen der Kurven) können erkannt werden.

3. Auf diese Weise sind beispielsweise bei gleicher Dicke d sehr ähnliche Materialien (ähnliches Produkt: μ ^■ d) wie z.B. verschiedene normal schwer unterscheidbare Mehltypen deutlich unterscheidbar oder es sind verschiedene Materialen unterschiedlicher Dicke d, welche jedoch in Gesamtbetrachtung eine ähnliche Schwächung erzeugen, unterscheidbar.

Die wesentlichen Neuheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung 1 bestehen darin:

- Aus einer Vielzahl bezüglich Beschleunigungsspannung UBI und/oder Belichtungszeit t _B angepasster abgestufter Aufnahmen 17 bis 18 wird nach einem neuen Verfahren ein Ergebnisbild 29 rekonstruiert. Mit dem Verfahren können Materialien 3, 4/Objekte 5, 6 mit nahezu gleichem Schwächungskoeffizienten kontrastreich abgebildet werden. Mit dem gleichen Verfahren können auch Objekte 5, 6 mit stark unterschiedlichen Dicken bzw. Wandstärken an- gepasst belichtet in einem Ergebnisbild 31 dargestellt werden.

- Durch die angepasst gestufte Aufnahmeserie mit den Aufnahmen 17 bis 18 und das Analyseverfahren und Auswerteverfahren in der Auswerteeinheit 12 kann eine spektroskopische Bestimmung des Materials 3, 4/Objekte 5, 6 mittels des Spektroskopiemoduls 27 erfolgen.

- Eine kontrastreiche und überall angepasste belichtete Bildgebung auf dem Röntgenflachdetektor 9 in Kombination mit der spektroskopischen Analyse erhöht die Aussagefähigkeit gegenüber herkömmlicher Radiographie im finalen Ergebnisbild 13 erheblich.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrich- tung 1 sind somit:

- Kontrastreiche Abbildung von Objekten 5, 6, die aus Materialien 3, 4 bestehen, sowie der Materialien 3, 4, die einen ähnlichen Schwächungskoeffizienten wie z.B. Weizenmehl 3 und Roggenmehl 4 besitzen. Richtige„Belichtung" aller Bildbereiche, auch bei sehr unterschiedlichen Dicken oder Wandstärken oder sehr unterschiedlichen Massenschwächungskoeffizienten, d.h. es gibt weder überbelichtete noch unterbelichtete Bildbereiche.

- Spektroskopische Bestimmung der Materialien 3, 4/ Objekte 5, 6.

Dafür ein anderes Beispiel: Wird bei der routinemäßigen Gepäckkontrolle ein verdächtiges Objekt 5 mit z.B. einem unbekannten Material entdeckt, dann kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne öffnen des Gepäckstückes fest- gestellt werden, ob ein identifiziertes Pulver ungefährlich oder ein Rauschgift oder ein Sprengstoff ist, und um welches Material es sich handelt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vor öffnen oder vor Zerstören des Gepäckstückes untersucht werden, ob weiterreichende Gefahren bestehen. Nach dem bisherigen Stand der Technik ist dies bisher nicht möglich gewesen.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Kombination von Radiographie und von Spektroskopie dar und kann auf der Basis eines bildgebenden röntgenspek- troskopischen Verfahrens insbesondere auch für wesentlich verbesserte Gepäckanalysen eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Röntgengenerator mit digital einstellbarer Hochspannung

3 Erstes zu untersuchendes Material

4 Zweites zu untersuchendes Material

5 Erstes zu untersuchendes Objekt

6 Zweites zu untersuchendes Objekt

7 Röntgenquelle

8 Halterungseinrichtung

9 Röntgenflachdetektor

10 Steuereinheit

1 1 Pixelfelder des Röntgenflachdetektors

12 Auswerteeinheit

13 Finales Ergebnisbild

14 erstes Pixel

15 zweites Pixel

16 drittes Pixel

17 Einzelaufnahme bei niedriger (low) Beschleunigungsspannung U _B L

18 Einzelaufnahme bei hoher (high) Beschleunigungsspannung UBH

19 Digitalisierungseinheit

20 Funktionseinheit zur Erstellung und Vergabe von ersten Kennzeichen CR für Beschleunigungsspannungen

21 Röntgenstrahlengang

22 Funktionseinheit zur Erstellung und Vergabe von zweiten Kennzeichen Cs für die Materialidentifizierung

23 Ausgezeichnetes Pixelfeld zur Bestimmung der Primärintensität l ₀

24 Permanente Materialdatenbank mit n bekannten vorgegebenen Materialien/Objekt

25 Bekanntes vorgegebenes Material/Objekt mit definierten Werten

26 Rekonstruktionsmodul

27 Spektroskopiemodul

28 Superpositionseinheit für CR vom Rekonstruktionsmodul und für Cs vom Spektroskopiemodul 29 Ergebnisbild des Rekonstruktionsmoduls

30 Ausgabeeinheit

31 Ergebnisbild des Spektroskopiemoduls (Materialidentifikation) UBL Beschleunigungsspannung (L - low/niedrig)

UBH Beschleunigungsspannung (H - high/hoch)

U _B , Beschleunigungsspannung

t _B Belichtungszeit

l _d definierte Pixelintensität

/ die Intensität der Strahlung nach dem Objekt (Sekundärintensität) l ₀ die auf das Objekt auftreffende Intensität der Strahlung (Primärintensität)

μ der lineare Schwächungskoeffizient

μ/ρ Dichtebezogener Schwächungskoeffizient

(Massenschwächungskoeffizient)

d die Materialdicke

c, die Konzentration der Komponente / ^'

p die Dichte des Materials

/ ^' der Index für die Komponente

S Schwellwertintensität (Graustufen von Pixeln)

CR Erstes Kennzeichen aus Rekonstruktionsmodul,

codiert Beschleunigungsspannungen

C _S Zweites Kennzeichen aus Spektroskopiemodul,

codiert Materialidentifikationen

B, Bild B, aus dem Bilderset

Pj ^w Pixel mit Index j in Bild Bi

DB _n permanente Materialdatenbank 24 mit n vorgegebenen gespeicherten Materialien/Objekten