Verfahren und eine Messanordnung zum Erzeugen von dreidimensionalen Bildern von Messobjekten mittels invasiver Strahlung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messanordnung zum Erzeugen von dreidimensionalen Bildern von Messobjekten mittels invasiver Strahlung. Insbesondere können die dreidimensionalen Bilder durch Rückprojektion unter Berücksichtigung einer Vielzahl von zweidimensionalen Projektionsbildern des Messobjekts rekonstruiert werden. Die Erfindung kann insbesondere auf dem Gebiet der Untersuchung von Werkstücken, Materialien und/oder industriell hergestellten Gegenständen angewendet werden, z.B. zur Qualitätskontrolle bei der Serienfertigung von Gegenständen.

Die Verwendung invasiver Strahlung für die Untersuchung von Werkstücken ist bekannt. Bei der Computertomografie (CT) wird das Werkstück beispielsweise in der Regel auf einem Drehtisch angeordnet und durch Drehung des Drehtisches in verschiedene Drehstellungen aus verschiedenen Richtungen von Röntgenstrahlung durchstrahlt. Es sind jedoch auch andere Geometrien der Untersuchungsanordnung möglich und bekannt. Die durch Extinktion in dem Material des Werkstücks geschwächte Strahlung wird orts- und zeitaufgelöst von einer Sensoreinrichtung detektiert. Durch die Anwendung eines von mehreren bekannten Verfahren der tomografischen Rekonstruktion, z.B. der gefilterten Rückprojektion, wird daraus ein dreidimensionales (3D) Bild des

BESTATIGUNGSKOPIE

Werkstücks berechnet. Das 3D-BiId gibt jeweils für einzelne kleine Volumenbereiche (Voxel) den lokalen linearen Extinktionskoeffizienten an. Ein Beispiel für die CT wird in DE 39 24 066 A1 beschrieben.

Das 3D-BiId kann anschließend z. B. zur qualitativen oder quantitativen Charakterisierung des Messobjekts verwendet werden. Bei der industriellen Anwendung können so z. B. alle Maße eines Teils zerstörungsfrei geprüft werden, oder es können qualitative Tests wie z.B. auf Lunker durchgeführt werden.

Komponenten einer Mikrofokus-Volumen-Computertomografieanlage sind insbesondere die Mikrofokus-Röntgenröhre und ein Flächendetektor für Röntgenstrahlung. In der Röntgenröhre ist eine Röntgenquelle mit sehr kleinem Brennfleck-Durchmesser realisiert (typischerweise 5 - 100 μm Durchmesser). Die Röntgenquelle erzeugt polyenergetische Röntgenstrahlung im Energiebereich von ca. zehn bis zu mehreren hundert Kilo-Elektronenvolt. Die Strahlung durchdringt das Objekt, wird dabei abgeschwächt (durch Absorption, aber auch auf andere Weise, z.B. Streuung) und erzeugt ein Röntgenbild des Objekts auf der Detektoreinrichtung. Die Detektoreinrichtung weist üblicherweise einen Szintillator auf, der Röntgenstrahlung in sichtbare Strahlung umwandelt, und einen sich über eine Fläche erstreckenden Photodiodenarray zur zweidimensionalen, ortsaufgelösten Messung der sichtbaren Strahlung. Weitere Komponenten einer solchen CT-Anlage sind Verstelleinheiten zum genauen Positionieren und Ausrichten des Messobjekts, der Röntgenquelle und/oder des Detektors. Die Verstelleinheiten liefern Signale, durch die die relative Lage von Quelle, Objekt und Detektor zueinander jederzeit mit ausreichender Genauigkeit bekannt ist und/oder ermittelbar ist, um eine exakte Rekonstruktion zu gewährleisten.

Die mit dem Flächendetektor einer Mikrofokus-CT-Messanordnung aufgenommenen Projektionsbilder entsprechen insbesondere

Zentralprojektionen des Messobjekts, da die invasive Strahlung in Form eines Strahlungskegels von der annähernd punktförmigen Strahlungsquelle ausgeht und das Objekt als ein Bündel divergenter geradliniger Strahlen durchsetzt. Um später die Rekonstruktion des Messobjekts vornehmen zu können, wird das Messobjekt zwischen der Aufnahme der einzelnen Projektionsbilder in kleinen Winkelschritten um eine Rotationsachse gedreht und es wird für jeden Rotationswinkel eine Projektion aufgenommen. Typischerweise werden zwischen 600 und 1200 Projektionen pro Objekt aufgenommen, die das Winkelintervall von 0 bis 360 Grad in äquidistanten Schritten abdecken. Die in einem Computertomografen eingesetzte Hardware (insbesondere Röntgenquelle, Drehtisch, Detektor) dient folglich dazu, in einem ersten Schritt eine große Anzahl von Zentralprojektionen des Untersuchungsobjekts bei unterschiedlichen Projektionsrichtungen zu generieren. Der nachfolgende Schritt der Objektrekonstruktion erfolgt üblicherweise in Software.

Für die oben erwähnte Kegelstrahl- (Englisch: cone beam) Geometrie kommt üblicherweise ein u.a. von Feldkamp 1984 entwickelter Algorithmus zum Einsatz, der eine so genannte Rückprojektion durchführt. Die Projektionen werden zuerst Hochpass-gefiltert und dann rückprojiziert, d.h. ein Pixel einer Projektion beeinflusst alle Voxel entlang des zum Pixel gehörigen geradlinigen Sichtstrahls durch das Volumen. Der Wert jedes Voxels ergibt sich als Summe all jener Pixelwerte in den (gefilterten) Zentralprojektionen, die von durch das Voxel verlaufenden Sichtstrahlen getroffen werden.

Vor jeder CT-Messung, d.h. vor dem Beginn der Aufnahme der Projektionsbilder sollte das Messobjekt einerseits so positioniert werden, dass es (in Bezug auf die strahlungsempfindliche Fläche, der Detektionseinrichtung) möglichst formatfüllend ist. Auf diese Weise wird eine maximale Vergrößerung im Projektionsbild und später im rekonstruierten Volumen erreicht wird. Auf der anderen Seite darf das Projektionsbild des Objektes bei dem meistens verwendeten Rekonstruktionsverfahren von Feidkamp nicht horizontal über

den Detektor hinausragen, sonst entstehen Artefakte im rekonstruierten Volumen. Bei kleinen Objekten wird der Drehtisch daher üblicherweise nahe an der Strahlungsquelle positioniert, um eine möglichst große Vergrößerung zu erzielen. Wegen der Nähe zur Strahlungsquelle besteht jedoch die Gefahr einer Kollision des Messobjekts mit der Strahlungsquelle, wenn das Messobjekt zwischen einzelnen Projektionsaufnahmen anders ausgerichtet wird (z.B. durch Drehung des Objekts auf einem Drehtisch). Bei der Kollision wird eventuell die Strahlungsquelle und/oder das Objekt beschädigt. Auf jeden Fall aber verursacht die Kollision eine unerwünschte Verschiebung des Objekts relativ zu der Positionierungseinrichtung (oben auch als Verstelleinheiten bezeichnet), z.B. eine Verschiebung auf dem Drehtisch. Damit geht die Information über die Beziehung der Koordinatensysteme der unterschiedlichen Projektionen verloren. Eine Verarbeitung der Projektionsbilder zum Zweck der Rekonstruktion ist dann nicht mehr möglich.

üblicherweise wird die optimale Anordnung des Objekts auf dem Drehtisch für jede Messung in mehreren Versuchen experimentell bestimmt. Dazu wird das Objekt unter verschiedenen Drehwinkeln im Projektionsbild betrachtet und eine geeignete Verschiebung des Objekts auf dem Drehtisch vorgenommen. Jede solche Veränderung der Lage des Objekts auf dem Drehtisch beinhaltet z.B. das Ausschalten der Röntgenröhre, das öffnen der Strahlenschutz-Tür, das Verschieben des Objekts, das Schließen der Tür und das erneute Einschalten der Röhre. Insgesamt werden für das korrekte Ausrichten des Objekts oft mehr als fünf Minuten benötigt. Angesichts der hohen Investitionskosten für ein solches Gerät bedeutet das erhebliche Mehrkosten durch die mehrfache manuelle Ausrichtung des Objekts.

Weiterhin ist bei einer üblichen CT-Messung erst nach Ende der Messung bekannt, welche Teile des rekonstruierten Volumens tatsächlich Objektanteile enthalten, und welche nur Luft enthalten. Es wird daher in der Regel ein (meist zylinderförmiges) Volumen rekonstruiert, welches das Objekt enthält, aber

häufig sehr viel größer ist als notwendig. Dies führt zu unnötig langen Berechnungszeiten bei der Rekonstruktion und zu unnötig großen Datenmengen, was die messtechnische Auswertung (z.B. die Bestimmung von Abmessungen des Messobjekts) erschwert.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Messanordnung anzugeben, die eine automatische und kostengünstige Bestimmung der Form, Ausdehnung, Position und/oder Ausrichtung des Messobjekts ermöglicht. Insbesondere soll dabei auf zusätzliche Hardware (z.B. Kameras) verzichtet werden können.

Die Lösung betrifft insbesondere ein Verfahren bzw. eine Messanordnung, die mittels invasiver Strahlung Projektionsbilder z.B. in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen von Messobjekten erzeugt. Dabei durchdringt die invasive Strahlung (insbesondere geradlinig) das Messobjekt und wird von einer (insbesondere ortsaufgelöst, zweidimensional messenden) Detektionseinrichtung der Messanordnung detektiert. Aus Detektionssignalen der Detektionseinrichtung, die der von der Detektionseinrichtung detektierten Strahlung entsprechen, werden Projektionsbilder des Messobjekts erzeugt.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Messanordnung um eine Computertomografie (CT)-Messanordnung, insbesondere um eine Messanordnung mit einer Messgeometrie, die einer von einer punktförmigen Strahiungsquelle ausgehenden Zentralprojektion entspricht, z.B. mit einer Mikrofokus-Strahlungsquelle (insbesondere Röntgenröhre) als Strahlungsquelle. Der Begriff „entspricht" bedeutet dabei, dass das Projektionsbild tatsächlich durch eine Zentralprojektion erzeugt wurde oder dass das Projektionsbild (z.B. durch Ablenkung der invasiven Strahlung vor und/oder nach der Durchstrahlung des Objekts, etwa durch Kollimatoren

und/oder Linsen) von einer Messanordnung erzeugt wurde, die einer Zentralprojektion identische Durchstrahlungsbilder (Projektionsbilder) erzeugt. Unter einer Zentralprojektion wird verstanden, dass der Weg eines jeden Strahls der invasiven Strahlung von der punktförmigen Strahlungsquelle bis zu der Detektionseinrichtung eine gerade Linie ist. Als punktförmig wird eine Strahlungsquelle auch dann bezeichnet, wenn der Entstehungsbereich der Strahlung oder ein Bereich, den sämtliche für die Projektion verwendete Strahlung durchlaufen muss, in Anbetracht der Gesamtgeometrie der Messanordnung so klein ist, dass der Bereich als näherungsweise punktförmig aufgefasst werden kann.

Vorzugsweise ist außerdem eine Positionierungseinrichtung zur Positionierung und/oder Ausrichtung des Messobjekts relativ zu der Strahlungsquelle und/oder relativ zu der Detektionseinrichtung vorhanden, wobei die Positionierung und/oder Ausrichtung maschinell (vorzugsweise automatisch) vorgenommen wird.

Ferner weist die Messanordnung eine Rekonstruktionseinrichtung auf, um aus einer Mehrzahl der Projektionsbilder ein dreidimensionales Bild (Volumenbild) des jeweiligen Messobjekts zu erzeugen (zu rekonstruieren).

Für die Detektionseinrichtung ist beispielsweise eine Kombination eines Szintillator-Materials mit einem Feld von Fotodioden geeignet. Die Strahlung und/oder Partikel treffen auf das Szintillator-Material und werden dort in sichtbare Strahlung umgewandelt, die von den Fotodioden detektiert wird. Es können jedoch auch andere Detektionseinrichtungen verwendet werden.

Von dem Begriff „invasive Strahlung" ist Strahlung jeglicher Art umfasst, die das Messobjekt durchdringt. Außer elektromagnetischer Strahlung - wie z.B. Röntgenstrahlung - kann auch Partikelstrahlung (etwa Elektronen-, Neutronenoder Positronenstrahlung) eingesetzt werden. Auch kann elektromagnetische

Strahlung in anderen Wellenlängenbereichen (etwa im sichtbaren oder Infrarotwellenlängenbereich) verwendet werden, wenn das Messobjekt entsprechend durchlässig ist.

Weiterhin wird bevorzugt, dass die elektromagnetische Strahlung Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung (harte Röntgenstrahlung) im Energiebereich von 0,5 keV bis 50 MeV ist. Besonders bevorzugt wird Röntgenstrahlung im Energiebereich von 2 keV bis 700 keV.

Bei der Verwendung von Röntgenstrahlungsquellen mit kleinem Brennfleck kann die Quelle der invasiven Strahlung als nahezu punktförmig angenommen werden. Eine derartige Messanordnung mit nahezu punktförmiger Strahlungsquelle wird ebenfalls besonders bevorzugt. Beispielsweise wird eine Röntgenstrahlungsquelle mit einem Brennfleck-Durchmesser im Bereich von 5 bis 100 Mikrometer verwendet. Quellen dieser Art erzeugen in der Regel polychromatische Röntgenstrahlung, z.B. im Energiebereich von 10 bis 450 keV. Im Hinblick auf den im Vergleich zu dem Brennfleck-Durchmesser in der Regel wesentlich größeren Abstand zum Messobjekt und zu der Detektionseinrichtung (in der Größenordnung von einigen zehn Zentimetern bis mehr als einem Meter) kann der Brennfleck als punktförmig bezeichnet werden.

Die mit der Detektionseinrichtung aufgenommenen Bilder (oder die entsprechenden Bilddaten) enthalten Informationen über die Intensität der invasiven Strahlung, die das Messobjekt durchlaufen hat. Aus diesen Informationen kann in an sich bekannter Weise für jedes Pixel des Bildes der so genannte kumulative Absorptionskoeffizient berechnet werden.

Gemäß einem wesentlichen Gedanken der vorliegenden Erfindung wird ein erster Satz von Projektionsbildern des Messobjekts aufgenommen, wobei die Projektionsbilder bei verschiedenen Ausrichtungen des Messobjekts relativ zu der Strahlungsquelle und/oder relativ zu der Detektionseinrichtung

aufgenommen werden. Im Ergebnis liegt also ein Satz von ersten Projektionsbildern vor, die Projektionen aus unterschiedlichen Richtungen entsprechen. Aus dem ersten Satz wird dann ein erstes dreidimensionales Bild des Messobjekts rekonstruiert. Dieses erste dreidimensionale Bild kann nun ausgewertet werden, um die Aufnahme eines zweiten Satzes von Projektionsbildern des Messobjekts vorzubereiten.

Vor der Aufnahme des ersten Satzes muss das Messobjekt nicht in optimaler Weise relativ zu der Strahlungsquelle und relativ zu der Detektionseinrichtung positioniert und/oder ausgerichtet werden. Vielmehr kann das Messobjekt so angeordnet sein, dass die Strahlung, welche durch das Messobjekt hindurchtritt, lediglich einen kleinen Teil der für die Detektion zur Verfügung stehenden Fläche der Detektionseinrichtung trifft. Das Messobjekt ist daher nicht flächenfüllend angeordnet. Für die Rekonstruktion eines ersten dreidimensionalen Bildes des Messobjektes reicht dies jedoch völlig aus. Vorzugsweise wird das Messobjekt aber vor der Aufnahme des ersten Satzes von Projektionsbildern so angeordnet, dass jegliche invasive Strahlung der Strahlungsquelle, die geradlinig durch das Messobjekt hindurchtritt, von der Detektionseinrichtung detektiert wird. Dies ermöglicht es, die Umrisse des Messobjekts vollständig zu erfassen.

Die Auswertung des ersten dreidimensionalen Bildes erlaubt eine Vorbereitung der eigentlichen Aufnahme von Projektionsbildern in mehrfacher Hinsicht, wobei die in dieser Beschreibung näher beschriebenen Verfahrensschritte zur Vorbereitung der eigentlichen Messung einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander durchgeführt werden können. Insbesondere kann aus den Umrissen des Messobjekts in dem ersten dreidimensionalen Bild die genaue Position und Ausrichtung des Messobjekts relativ zu der Messanordnung und/oder relativ zu einem oder mehreren Teilen der Messanordnung ermittelt werden. Daher ist vor der Aufnahme eines zweiten Satzes von Projektionsbildern eine Veränderung der Position und/oder Ausrichtung

möglich, wobei die Veränderung auf Erkenntnissen der Auswertung des ersten 3D-Bildes des Messobjekts beruht.

Wenn hier von dem ersten dreidimensionalen Bild die Rede ist, so schließt dies auch den Fall ein, dass mehr als ein Satz von Projektionsbildern aufgenommen wird und für jeden Satz ein rekonstruiertes 3D-BiId des Messobjekts erzeugt wird. Diese mehreren ersten Sätze können dann ausgewertet werden, um die eigentliche Vermessung des Messobjekts durch Aufnahme eines weiteren (zweiten) Satzes von Projektionsbildern vorzubereiten.

Außer der Korrektur der Position und/oder Ausrichtung des Messobjekts kann auch die Betriebsweise der Messanordnung während der Aufnahme weiterer Projektionsbilder vorbereitet werden. So ist es beispielsweise möglich, die Position und/oder Ausrichtung des Messobjekts vor der Aufnahme eines zweiten Satzes von Projektionsbildern nicht zu verändern, jedoch zwischen den Aufnahmen der einzelnen Projektionsbilder des zweiten Satzes jeweils die Position und/oder Ausrichtung des Messobjekts zu verändern. Z.B. wenn bei Verwendung eines Drehtisches die optimale Ausrichtung des Messobjekts bezüglich der Drehachse des Drehtisches nicht erreicht ist, kann der Drehtisch mit dem darauf angeordneten Messobjekt bei jeder Drehung um seine Drehachse (die jeweils zwischen der Aufnahme von zwei aufeinander folgenden Projektionsbildern stattfindet) verfahren werden, so dass im Ergebnis zwischen den Aufnahmen eine Drehung um die optimale Drehachse des Messobjekts erreicht wird. Die optimale Drehachse des Messobjekts ist insbesondere eine Achse, die von dem zentralen Strahl eines Strahlungskegels der invasiven Strahlung senkrecht durchkreuzt wird, wobei dieser Strahl die strahlungsempfindliche Detektionsfläche der Detektionseinrichtung in der Mitte trifft.

Femer kann die Aufnahme des zweiten Satzes von Projektionsbildern dadurch vorbereitet werden, dass bei der Aufnahme des zweiten Satzes lediglich die

Detektionssignale der Detektionseinrichtung aufgezeichnet werden, die in einem definierten Teilbereich der für Strahlung empfindlichen Detektionsfläche liegen. Dabei kann dieser Teilbereich für die Aufnahme des zweiten Satzes konstant sein oder von Aufnahme zu Aufnahme eines Projektionsbildes variieren. Z.B. wird aus dem ersten 3D-BiId des Messobjekts ein Volumenbereich des dreidimensionalen Koordinatensystems identifiziert, in dem Bildinformationen über das Messobjekt zu erwarten sind. Insbesondere kann aus dem ersten 3D-BiId eine Hüllfläche ermittelt werden, die sämtliche SD- Bildpunkte des rekonstruierten Messobjekts umhüllt. Eine solche Hüllfläche ist beispielsweise ein Quader mit Außenflächen entlang den Koordinatenachsen des 3D-Koordinatensystems, in dem das erste 3D-BiId definiert ist. Alternativ kann die Hüllfläche z.B. eine Zylinderfläche sein, deren Rotationssymmetrieachse parallel zur z-Achse der Messanordnung verläuft, wobei die z-Achse eine Achse ist, die parallel zu der Drehachse eines Drehtisches der Messanordnung verläuft, auf welchem das Messobjekt angeordnet ist. Insbesondere kann die Rotationssymmetrieachse der Zylinderfläche mit der Drehachse des Drehtisches zusammenfallen.

Wenn die Position und Ausrichtung des Messobjekts zwischen der Aufnahme des ersten Satzes und der Aufnahme des zweiten Satzes von Projektionsbildern nicht mehr verändert wird, definiert die aus dem ersten SD- Bild ermittelte Hüllfläche den Bereich, in dem Informationen über das Messobjekt erwartet werden können. Alle anderen Bereiche des SD- Koordinatensystems brauchen bei der Rekonstruktion eines zweiten 3D-Bildes aus dem zweiten Satz von Projektionsbildern nicht berücksichtigt zu werden. Dies ermöglicht es, die Rechenzeit bei der Rekonstruktion zu verkürzen und Speicherplatz für die Speicherung von Bilddaten (sowohl aufgenommenen als auch rekonstruierten) zu sparen.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen von dreidimensionalen Bildern von Messobjekten mittels invasiver Strahlung,

insbesondere durch Rückprojektion unter Berücksichtigung einer Vielzahl von zweidimensionalen Projektionsbildern, wobei ein Messobjekt an einem Messplatz einer Messanordnung von invasiver

Strahlung durchdrungen wird, wobei die invasive Strahlung von einer

Strahlungsquelle der Messanordnung ausgeht, ein erster Satz von Projektionsbildem des Messobjekts von einer

Detektionseinrichtung der Messanordnung aufgenommen wird, wobei die

Projektionsbilder bei verschiedenen Ausrichtungen des Messobjekts relativ zu der Strahlungsquelle und/oder relativ zu der

Detektionseinrichtung aufgenommen werden, aus dem ersten Satz von Projektionsbildern ein erstes dreidimensionales

Bild des Messobjekts rekonstruiert wird, das erste dreidimensionale Bild ausgewertet wird und gegebenenfalls, abhängig von einem Ergebnis der Auswertung, eine Position und/oder

Ausrichtung des Messobjekts relativ zu der Strahlungsquelle und/oder relativ zu der Detektionseinrichtung verändert wird und/oder abhängig von einem Ergebnis der Auswertung eine Betriebsweise der Messanordnung für eine folgende Aufnahme von Projektionsbildem des Messobjekts eingestellt wird, nach der Auswertung des ersten dreidimensionalen Bildes ein zweiter

Satz von Projektionsbildem des Messobjekts von der

Detektionseinrichtung der Messanordnung aufgenommen wird.

Es wird bevorzugt, den Aufwand für die Aufnahme, Verarbeitung und/oder Rekonstruktion des ersten Satzes von Projektionsbildern im Vergleich zu dem Aufwand bei der Aufnahme, Verarbeitung und/oder Rekonstruktion eines zweiten Satzes von Projektionsdaten zu verringern.

Insbesondere können die Projektionsbilder des ersten Satzes von Projektionsbildem bei der Rekonstruktion des ersten dreidimensionalen Bildes eine erste Bildauflösung aufweisen, die geringer ist als eine Bildauflösung der

Projektionsbilder des zweiten Satzes von Projektionsbildern. Insbesondere ist die Anzahl von Pixeln pro Bild geringer. Z.B. werden bei dem ersten Satz von Projektionsbildem pro Projektionsbild lediglich 256 x 256 Pixel gespeichert und verarbeitet, während jedes der zweiten Projektionsbilder 1024 x 1024 Pixel aufweist. Bei den ersten Projektionsbildern ist die Bearbeitung und Rekonstruktion daher erheblich schneller und benötigt weniger Ressourcen.

Ferner kann der erste Satz von Projektionsbildern eine kleinere Anzahl von Projektionsbildern aufweisen als der zweite Satz. In der Praxis hat sich gezeigt, dass z.B. 10 bis 20 Projektionsbilder mit jeweils unterschiedlicher Projektionsrichtung (z.B. bei 10 bis 20 unterschiedlichen Drehstellungen des Drehtisches) ausreichen, um ein erstes rekonstruiertes 3D-BiId des Messobjekts zu erhalten, welches alle für die Vorbereitung der Aufnahme des zweiten Satzes erforderlichen Informationen enthält. Dagegen hat, wie erwähnt, der Satz von Projektionsbildern bei der eigentlichen Vermessung des Messobjekts typischerweise 600 bis 1200 Projektionsbilder.

Es wird daher (allgemeiner formuliert) vorgeschlagen, dass die Projektionsbilder des zweiten Satzes bei mehr verschiedenen Ausrichtungen des Messobjekts relativ zu der Strahlungsquelle und/oder relativ zu der Detektionseinrichtung aufgenommen werden als die Projektionsbilder des ersten Satzes von Projektionsbildern.

Gemäß einer weiteren Verfahrensweise zur Reduktion des Aufwandes werden die Projektionsbilder des ersten Satzes von Projektionsbildern für die Rekonstruktion des ersten dreidimensionalen Bildes als digitale Bilder erzeugt, deren Pixel einen binären Bildwert aufweisen. Binär bedeutet, dass die Pixel lediglich einen von zwei möglichen Bildwerten haben können, z.B. "0" oder "1". Beispielsweise wird aus den Detektionssignalen der Detektionseinrichtung zwar zunächst das übliche Graustufenbild erzeugt, in dem jedes Pixel einen von vielen möglichen Grauwerten zugeordnet bekommt. Anschließend jedoch wird

für jedes Pixel entschieden, ob dem Pixel der erste oder zweite binäre Bildwert zugewiesen wird. Insbesondere können die binären Bildwerte erzeugt werden, indem für jedes Pixel festgestellt wird, ob ein durch die Detektionseinrichtung gewonnener Bildwert entweder über einem Schwellwert liegt oder kleiner oder gleich dem Schwellwert ist. Im ersten Fall erhält das Pixel den ersten Bildwert, im zweiten Fall den zweiten Bildwert. Alternativ kann festgestellt werden, ob der durch die Detektionseinrichtung gewonnene Bildwert größer oder gleich dem Schwellwert ist (erster Fall) oder ob er unter dem Schwellwert liegt (zweiter Fall).

Zur Auswertung des ersten dreidimensionalen Bildes kann eine Projektion des dreidimensionalen Bildes auf eine Projektionsebene berechnet werden. Anhand eines Projektionsergebnisses kann dann entschieden werden, ob und gegebenenfalls wie eine Position und/oder Ausrichtung des Messobjekts relativ zu der Strahlungsquelle und/oder relativ zu der Detektionseinrichtung verändert wird und/oder ob und gegebenenfalls wie eine Betriebsweise der Messanordnung für eine folgende Aufnahme von Projektionsbildern des Messobjekts eingestellt wird. Die Projektionsebene steht bei Verwendung eines Drehtisches in der Messanordnung vorzugsweise senkrecht zur Drehachse des Drehtisches.

Das Ergebnis dieser Projektion des rekonstruierten Bildes kann als "Fußabdruck" des Messobjekts bezeichnet werden. Der Fußabdruck bzw. das Projektionsergebnis lassen auf einfache Weise auswertbar erkennen, wo Informationen über das Messobjekt zu erwarten sind. Ferner kann aus dem Projektionsergebnis festgestellt werden, ob und gegebenenfalls wie die Position und/oder Ausrichtung des Messobjekts relativ zu der Messanordnung oder relativ zu Teilen der Messanordnung (z.B. relativ zu dem Drehtisch) verändert werden muss, um einen optimalen Satz von zweiten Projektionsbildem aufnehmen zu können.

Z.B. kann zur Auswertung des projizierten Bildes eine Einpassung dieses Bildes in eine Umrisslinie vorgegebener Form vorgenommen werden. Die vorgegebene Form ist z.B. eine Kreislinie (jedoch mit variablem Radius) und/oder eine Rechtecklinie (mit variablen Kantenlängen des Rechtecks). Der Radius bzw. die Kantenlängen und außerdem die Lage der Umrisslinie werden durch das Einpassen des projizierten Bildes in die Umrisslinie ermittelt. Unter dem Einpassen wird insbesondere verstanden, dass die Umrisslinie so dimensioniert und in dem Koordinatensystem des projizierten Bildes angeordnet wird, dass sie alle Bildpunkte des Messobjekts in dem projizierten Bild umfasst. Dabei können die Bildpunkte des Messobjekts in dem projizierten Bild die Umrisslinie zwar berühren, aber nicht über sie hinausragen. Insbesondere wird die Kreislinie mit dem kleinstmöglichen Radius bzw. das Rechteck mit den kleinstmöglichen Kantenlängen ermittelt.

Außerdem gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, die ausgestaltet sind, Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird, insbesondere die folgenden Verfahrensweisen: ein erster Satz von Projektionsbildern des Messobjekts, die von einer Detektionseinrichtung der Messanordnung aufgenommen wurden, wird für eine Datenverarbeitung geladen und/oder empfangen, wobei die Projektionsbilder bei verschiedenen Ausrichtungen des Messobjekts relativ zu der Strahlungsquelle und/oder relativ zu der Detektionseinrichtung aufgenommen wurden, aus dem ersten Satz von Projektionsbildern wird ein erstes dreidimensionales Bild des Messobjekts rekonstruiert, das erste dreidimensionale Bild wird ausgewertet und gegebenenfalls, abhängig von einem Ergebnis der Auswertung, werden Steuersignale generiert, die eine Veränderung einer Position und/oder Ausrichtung des Messobjekts relativ zu der Strahlungsquelle und/oder relativ zu der

Detektionseinrichtung bewirken, wenn die Steuersignale ausgeführt werden, und/oder abhängig von einem Ergebnis der Auswertung werden Steuersignale generiert, bei deren Ausführung eine Betriebsweise der Messanordnung für eine folgende Aufnahme von Projektionsbildern des Messobjekts eingestellt wird.

Weitere mögliche Verfahrensschritte, die durch das Computerprogramm ausgeführt werden, wurden bereits erwähnt (z.B. die Auswertung und/oder die Rekonstruktion des ersten Satzes von Projektionsbildern). Auch Maßnahmen, die aufgrund der Auswertung zur Vorbereitung der Aufnahme des zweiten Satzes von Projektionsbildern getroffen werden, können von den Programmcode-Mitteln des Computerprogramms ausgeführt werden. Dazu gehört insbesondere die Berechnung, wie die Position und/oder Ausrichtung des Messobjekts vor der Aufnahme der zweiten Projektionsbilder verändert werden soll oder wie die Betriebsweise der Messanordnung für die Aufnahme der zweiten Projektionsbilder eingestellt werden soll.

Ferner gehört zürn Umfang der vorliegenden Erfindung eine Messanordnung zum Erzeugen von dreidimensionalen Bildern von Messobjekten mittels invasiver Strahlung. Merkmale der Messanordnung wurden bereits erwähnt und ergeben sich insbesondere aus der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Insbesondere weist die Messanordnung Folgendes auf: einen Messplatz, an dem beim Betrieb der Messanordnung ein Messobjekt von invasiver Strahlung durchdrungen wird, die von einer Strahlungsquelle ausgeht, eine Detektionseinrichtung zur Aufnahme von Projektionsbildern des Messobjekts, die ein Ergebnis einer Extinktion der invasiven Strahlung in dem Messobjekt sind, eine Rekonstruktionseinrichtung, die ausgestaltet ist, aus einem ersten Satz von Projektionsbildern des Messobjekts, wobei die Projektionsbilder bei verschiedenen Ausrichtungen des Messobjekts relativ zu der

Strahlungsquelle und/oder relativ zu der Detektionseinrichtung aufgenommen wurden, ein erstes dreidimensionales Bild des Messobjekts zu rekonstruieren, eine Auswertungseinrichtung, die ausgestaltet ist, das erste dreidimensionale Bild auszuwerten und eine Steuereinrichtung, die ausgestaltet ist, gegebenenfalls, abhängig von einem Ergebnis der Auswertungseinrichtung, eine Position und/oder Ausrichtung des Messobjekts relativ zu der Strahlungsquelle und/oder relativ zu der Detektionseinrichtung zu verändern und/oder abhängig von einem Ergebnis der Auswertung eine Betriebsweise der Messanordnung für eine folgende Aufnahme von Projektionsbildern des Messobjekts einzustellen.

Zur Messanordnung gehört üblicherweise auch die Strahlungsquelle der invasiven Strahlung. Es kann jedoch z.B. auch lediglich eine Halterung für eine solche Strahlungsquelle zur Messanordnung gehören, so dass die Strahlungsquelle ausgewechselt werden kann.

Eigenschaften der zuvor erwähnten Einrichtungen, insbesondere der Rekonstruktionseinrichtung, der Auswertungseinrichtung und der Steuereinrichtung, ergeben sich aus der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und aus den beigefügten Patentansprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Unter den Ausführungsbeispielen befindet sich auch das nach derzeitigem Kenntnisstand beste. Bei der Beschreibung wird Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Einzelne Merkmale oder beliebige Kombinationen von Merkmalen der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele können mit den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung kombiniert werden. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Geometrie einer Messanordnung mit einer

Röntgenstrahlungsquelle, einem Messobjekt und einer zweidimensional ortsauflösenden Detektoreinrichtung,

Fig. 2 eine zweite Messanordnung mit auf einem Drehtisch angeordnetem Messobjekt,

Fig. 3 eine Ansicht des Messobjekts gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Darstellung von Komponenten einer

Anordnung zur Erfassung und Auswertung von Detektionssignalen,

Fig. 5 Details von Teilen der in Fig. 4 dargestellten Anordnung und

Fig. 6 einen Fußabdruck eines Messobjekts.

Die in Fig. 1 dargestellte Messanordnung weist ein Messobjekt 1 auf, das im geradlinigen Strahlengang zwischen einer Strahlungsquelle 2, insbesondere einer Röntgen-Strahlungsquelle, und einer Detektionseinrichtung 3 angeordnet ist. Die Detektionseinrichtung 3 weist eine Vielzahl von Detektionselementen 4 auf, so dass eine örtlich aufgelöste Detektion von Strahlung möglich ist. Die Detektionssignale der Detektionselemente 4 werden einer Einrichtung 6 zugeleitet, die ein Durchstrahlungsbild des Messobjekts 1 jeweils in einer gegebenen Drehstellung des Messobjekts 1 ermittelt. Das Messobjekt 1 ist mit einer Dreheinrichtung 7 kombiniert, beispielsweise einem Drehtisch. Die Drehachse der Dreheinrichtung 7 ist mit T bezeichnet. Außerdem ist eine Positioniereinrichtung 5 vorgesehen, die es ermöglicht, das Messobjekt 1 relativ zu der Dreheinrichtung zu positionieren.

Vorzugsweise ist die Positioniereinrichtung 5 so ausgestaltet, dass sie separat die Positionierung des Messobjekts 1 in Richtung von drei Koordinatenachsen x, y, z eines kartesischen Koordinatensystems ermöglicht. Somit kann eine Fehlpositionierung des Messobjekts 1 durch lineare Bewegung jeweils in Richtung der einzelnen Koordinatenachsen korrigiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Positioniereinrichtung 5 weitere Positionierbewegungen ermöglichen, z.B. Rotationsbewegungen um eine Drehachse, die nicht mit der Drehachse T der Dreheinrichtung 7 zusammenfällt. Auch können so z.B. Verkippungen des Messobjekts relativ zu einer Drehtischoberfläche korrigiert werden. All diese Positionierungsmaßnahmen können abhängig von einer Auswertung eines vorher genommenen rekonstruierten Bildes des Messobjekts 1 ausgeführt werden.

Insbesondere ist die Positioniereinrichtung 5, wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 schematisch dargestellt, zwischen einer Oberfläche der Dreheinrichtung 7 (z.B. der Drehtisch-Oberfläche) und einer Unterseite des Messobjekts 1 angeordnet. Es sind jedoch auch andere Anordnungen denkbar. Z.B. kann das Messobjekt von einem Element der Positioniereinrichtung gegriffen werden und sich seitlich von der Positioniereinrichtung wegerstrecken. Wie in Fig. 1 durch zwei seitliche Klemmbacken 8, 9 der Positioniereinrichtung 5 angedeutet ist, kann das Messobjekt 1 in der Positioniereinrichtung 5 eingeklemmt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Messobjekt in anderer Weise an der Positioniereinrichtung angeordnet ist. Z.B. kann das Messobjekt lediglich auf eine Stellfläche der Positioniereinrichtung oder des Drehtischs gestellt werden oder (wie bevorzugt) von einem zusätzlichen Körper aus einem Material (zum Beispiel Polystyrol) gehalten werden, das die invasive Strahlung nahezu ohne Extinktion passieren lässt.

In Fig. 1 ist ein kartesisches Koordinatensystem der Messanordnung dargestellt. Die x-Achse erstreckt sich von der in guter Näherung punktförmigen Strahlungsquelle 2 (z.B. dem Brennfleck der Strahlungsquelle) aus durch den

Messplatz hindurch, auf dem das Messobjekt angeordnet werden kann, bis zu der Detektionseinrichtung 3. Ein genau entlang der x-Achse laufender Strahl M der von der Strahlungsquelle 2 erzeugten invasiven Strahlung durchstößt die Detektionseinrichtung 3 an einem Durchstoßpunkt Z bzw. trifft auf einem entsprechenden Detektionselement auf und wird dort detektiert.

Bevorzugtermaßen handelt es sich bei der Detektionseinrichtung 3 um eine Einrichtung mit einer ebenen Detektionsfläche, auf die die zu detektierende Strahlung auftrifft, wobei die ebene Detektionsfläche senkrecht zu der x-Achse steht. üblicherweise soll die Drehachse T der Dreheinrichtung 7 so justiert werden, dass sie senkrecht zu der x-Achse verläuft, und außerdem derart, dass die x-Achse die zentrale Achse eines von der Strahlungsquelle 2 erzeugten Strahlungskegels ist. Ein weiterer Strahl des Strahlungskegels ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen S bezeichnet.

Die y-Achse des Koordinatensystems der Messanordnung erstreckt sich parallel zu der Detektionsebene der Detektionseinrichtung 3, und zwar in horizontaler Richtung. Die z-Achse des Koordinatensystems erstreckt sich ebenfalls parallel zu der Detektionsebene und vorzugsweise außerdem parallel zu der Drehachse T.

Die in Fig. 2 dargestellte Messanordnung 20 weist eine Strahlungsquelle 22 auf, die innerhalb eines Strahlungskegels Strahlung emittiert. Der Strahlungskegel, an dessen Spitze die Strahlungsquelle 22 liegt, verbreitert sich mit zunehmender Entfernung von der Strahlungsquelle 22, da die Strahlung ein divergentes Strahlungsbündel ist. Dieses Strahlungsbündel tritt stellenweise durch das Messobjekt 21 hindurch und trifft auf die Detektionsfläche 24 einer für die invasive Strahlung empfindlichen Detektionseinrichtung 23.

Bei dem Messobjekt 21 handelt es sich z.B. um die Oberschale eines Mobiltelefons. Das Messobjekt 21 wird von einem Block 26 aus einem Material

gehalten, welches nahezu ohne Absorption von der invasiven Strahlung durchstrahlt werden kann. Der Block 26 ist auf einem Drehtisch 27 angeordnet, dessen Drehachse in der Darstellung der Fig. 2 in vertikaler Richtung verläuft. Der Drehtisch 27 wiederum ist auf einem linear beweglichen Tisch 28 einer Positionierungseinrichtung angeordnet. Der Tisch 28 kann in einer Richtung verfahren werden, die horizontal verläuft und dabei parallel zur ebenen Detektionsfläche 24 der Detektionseinrichtung 23 verläuft.

Der Tisch 28 wiederum ist sowohl in vertikaler Richtung verfahrbar, d.h. ebenfalls parallel zu der Detektionsfläche 24, als auch in einer Richtung, die parallel zu der Mittelsenkrechten auf die Detektionsfläche 24 verläuft.

Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, ist das Messobjekt 21 so angeordnet, dass seine Längsachse nicht mit der Drehachse des Drehtisches 27 zusammenfällt oder parallel zu der Drehachse verläuft. Die Längsachse kann mit der Drehachse windschief sein oder diese schneiden. Dadurch können Artefakte bei der Rekonstruktion des Messobjekts aus den Projektionsbildern vermieden werden, wenn die Projektionsbilder bei unterschiedlichen Drehstellungen des Drehtisches 27 aufgenommen werden.

Fig. 3 zeigt das in Fig. 2 dargestellte Messobjekt 21 in vergrößerter Darstellung. Man erkennt, dass das Messobjekt Aussparungen 33, 34, 35 aufweist.

Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist beispielsweise Teil der Anordnung gemäß Fig. 1 oder Teil der Anordnung gemäß Fig. 2. Die Detektionseinrichtung 43 zur Detektion der durch das Messobjekt geschwächten invasiven Strahlung ist mit einer Einrichtung 46 verbunden, die die analogen Signale der Detektionseinrichtung 43 in digitale Signale umwandelt und für jedes Detektionselement (z.B. die Elemente 4 gemäß Fig. 1 ) die Signale über die Zeit integriert. Am Ausgang der Einrichtung 46 liegen daher sämtliche Informationen vor, die für ein einzelnes Projektionsbild des Messobjekts erforderlich sind.

Jedes dieser Projektionsbilder, die bei verschiedenen Drehstellungen des Messobjekts aufgenommen wurden, wird über einen Eingang 48 eines Computers 41 von diesem empfangen und in einem Datenspeicher 49 des Computers gespeichert. Außerdem werden die über den Eingang 48 empfangenen Projektionsbilder entweder direkt in einen Prozessor 45 des Computers 41 übertragen oder von diesem aus dem Datenspeicher 49 ausgelesen. Der Prozessor 45 wird durch Software gesteuert und ist in der Lage, eine Rekonstruktion des Messobjekts aus dem jeweils vorhandenen Satz von Projektionsbildern zu berechnen. Daher ist in dem Computer 41 (wie in Fig. 5 dargestellt ist) eine Rekonstruktionseinrichtung 51 realisiert, die mit der Einrichtung 46 verbunden ist.

Ferner ist der Prozessor 45 in der Lage, ebenfalls gesteuert durch Software das rekonstruierte Bild auszuwerten. Abhängig davon, ob es sich bei dem rekonstruierten Bild um das erste dreidimensionale Bild zur Vorbereitung der eigentlichen Vermessung des Messobjekts handelt oder ob es sich um das aus den eigentlichen Messdaten erzeugte Rekonstruktionsbild handelt, führt der Prozessor 45 eine Auswertung zur Vorbereitung der eigentlichen Messung durch (dargestellt durch die Auswertungseinrichtung 53 in Fig. 5) oder führt eine Auswertung der eigentlichen Messdaten durch (in Fig. 5 durch Einrichtung 59 dargestellt), z.B. einen Vergleich von Abmessungen des Messobjekts mit Soll- Abmessungen.

Für die Vorbereitung der eigentlichen Vermessung des Messobjekts ist der Prozessor 45 bzw. ist die Auswerteeinrichtung 53 mit einer Steuereinrichtung 47 verbunden, die (wie Fig. 4 zeigt) z.B. Elemente 5 bis 9 (siehe Beschreibung zur Fig. 1 ) einer Positionierungseinrichtung zur Positionierung des Messobjekts relativ zu der Messanordnung ansteuert.

Im Folgenden wird nun eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Dabei wird stellenweise wiederum Bezug auf die beigefügten Figuren genommen.

Das im Folgenden beschriebene Verfahren ermöglicht schnell und automatisch die Vorbereitung der Vermessung eines Messobjekts. Zunächst wird beispielsweise mit der in Fig. 1 oder Fig. 2 (im Folgenden werden der Einfachheit wegen lediglich die Bezugszeichen gemäß Fig. 2 verwendet) dargestellten Anordnung ein erster Satz von zehn bis zwanzig Röntgenbilden des Messobjekts 21 in verschiedenen Drehstellungen relativ zur Messanordnung aufgezeichnet. Da dieser erste Satz mit derselben Messanordnung 20, insbesondere mit derselben Detektionseinrichtung 23, aufgenommen wird wie der später aufzunehmende eigentliche Satz von Projektionsbildern, sind zusätzliche Hilfsmittel zur Ausrichtung des Messobjekts 21 (z.B. eine Kamera, die den röntgenoptischen Strahlengang simuliert) nicht erforderlich.

Es werden durch die Detektionseinrichtung 23 in verschiedenen Drehstellungen Röntgenbilder des Messobjekts 21 aufgenommen. Das Messobjekt kann sich dabei in beliebigen Lagen und Ausrichtungen auf dem Drehtisch 27 befinden. Bei einer üblichen Belichtungszeit von 0,5 - 1 Sekunde dauert die Aufnahme der Projektionsbilder höchstens 30 Sekunden. Die 10 - 20 Aufnahmen decken z.B. den vollen Winkelbereich des Drehtischs 27 von 360° ab.

Anschließend wird z.B. durch gefilterte Rückprojektion ein rekonstruiertes dreidimensionales Bild des Messobjekts 21 berechnet. Das dreidimensionale Bild wird in den Koordinaten der Messanordnung 21 angegeben. Es weist für jeden einzelnen der Volumenbereiche (Voxel) des Bildes einen Wert auf, der ein Maß für die Schwächung der Röntgenstrahlung in dem Volumenbereich ist.

Für den Zweck der Vorbereitung der eigentlichen Vermessung des Messobjekts 21 werden die Projektionsbilder nicht mit der digitalen Auflösung verarbeitet, die für die eigentliche Vermessung möglich ist. Bei einem Flächendetektor mit 1024 x 1024 Pixeln z.B. werden die Projektionsbilder auf eine Auflösung von 256 x 256 Pixeln reduziert (z.B. von dem Prozessor 45 gesteuert durch Software), wobei folglich jeweils 16 Pixel auf ein Pixel reduziert werden. Die Rückprojektion erfolgt daher lediglich für ein Volumen von 256 ³ Pixeln.

Im nächsten Schritt wird für jedes Projektionsbild eine Trennung in Objekt und Hintergrund durchgeführt, indem pro Pixel der Quotient von Objektbild und Leerbild berechnet und dann unter Verwendung eines geeigneten Schwellwertes der Pixelwert binarisiert wird, also entweder auf "1 " (Objekt) oder "0" (Hintergrund) gesetzt wird. Das Leerbild wurde vorher durch eine Aufnahme ohne Messobjekt aufgezeichnet, wobei die Detektionssignale der Detektionseinrichtung z.B. über dieselbe Zeit integriert wurden wie bei der Aufnahme der ersten Projektionsbilder. Durch die Verwendung des Leerbildes wird die inhomogene Ausleuchtung bzw. Empfindlichkeit der Detektionseinrichtung berücksichtigt. Da die Detektionssignale einem Rauschen unterworfen sind (verursacht durch die Elektronik der Detektion und durch Photonenrauschen), sollte der Schwellwert für die Binarisierung nicht zu hoch gewählt werden, da andernfalls Hintergrundsignale fälschlicher Weise als Objektsignale eingestuft werden können. Bei zu niedrigem Schwellwert besteht dagegen die Gefahr, dass Bildsignale von sehr dünnen Objektteilen als fälschlicher weise als Hintergrundsignale eingestuft werden. Ein Schwellwert von 97 % der Leerbildintensität hat sich bewährt.

Da als Ergebnis der Rekonstruktion lediglich ein Raum mit reduzierter Voxelzahl (z.B. der Größe 256 ³ , vgl. oben) zur Verfügung steht und da lediglich binäre Bildwerte verwendet werden, reicht ein Daten-Speicherbereich von z.B. 16 MB aus. Die binäre Rekonstruktion kann daher auf einem einzelnen handelsüblichen Personalcomputer durchgeführt werden und muss nicht,

wie die Rekonstruktion der eigentlichen Messdaten, auf mehrere Rechner verteilt werden oder von einem Hochleistungsrechner durchgeführt werden. Es werden alle binären Projektionsbilder anhand der aktuellen Projektionsgeometrie in den 3D-Raum zurückprojiziert. Dabei wird das Objekt aus dem ursprünglichen Volumenblock „herausgeschnitten", indem die Hintergrundbereiche (dies schließt Hohlräume im Messobjekt ein) in jeder Projektion dazu herangezogen werden, alle zugehörigen Volumenbereiche auf 0 zu setzen. Allgemeiner formuliert wird ein Volumenbereich des für die Rekonstruktion des Messobjekts zur Verfügung stehenden Raums dadurch als nicht benötigt markiert, dass zugehörige zweidimensionale Bildbereiche der Projektionsbilder mit dem binären Wert belegt werden, der einer nicht vorhandenen Schwächung der invasiven Strahlung entspricht, und dass diese zweidimensionalen Bildbereiche in den Volumenbereich übernommen werden.

Da in dem Beispiel nur 10 - 20 Projektionsbilder für den ersten Satz verwendet werden und ein verkleinertes Arbeitsvolumen (z.B. 256 ³ ) benutzt wird, benötigt dieser Rückprojektionsschritt nur wenige Sekunden. Insgesamt können alle Schritte des Verfahrens (Bildaufnahme und Auswertung) in deutlich weniger als einer Minute durchgeführt werden, d.h. in einem Zeitraum, der sehr viel kürzer ist als die manuelle Positionierung des Messobjekts in der Messanordnung.

Aufgrund der Bildvereinfachung und der Verwendung nur weniger Projektionen zeigt das Binärvolumen eine grobe Approximation des Objekts, die sich nicht für die eigentliche Vermessung eignet. Für die Vorbereitung der eigentlichen Vermessung reicht sie aber aus.

Eine bevorzugte Form der weiteren Auswertung des Binärvolumens besteht in einer Maximumsprojektion in die x-y-Ebene (siehe Fig. 1 ), d.h. in eine Ebene, die senkrecht zur Drehachse des Drehtischs 7 bzw. 27 verläuft. Dabei wird für jede z-Säule (Säule mit Voxeln, deren x- und y-Werte gleich sind) des Binärvolumens überprüft, ob Objektteile in der Säule enthalten sind. Wenn dies

der Fall ist, wird die Säule mit dem Wert "1" im Binärvolumen gekennzeichnet oder es wird in einem entsprechenden zweidimensionalen Projektionsbild der Wert "1 " für "Schwächung durch Objekt" eingetragen. Man erhält so einen "Fußabdruck" des Objekts im insgesamt zugänglichen

Rekonstruktionsvolumen. Die Maximumsprojektion kann daher auch als binäre Projektion des aus der Rekonstruktion erhaltenen Bildvolumens auf eine Bildebene bezeichnet werden. Diese Bildebene liegt vorzugsweise in der Ebene der Stellfläche des Drehtische (oder parallel dazu), auf die das Messobjekt oder ein Halter für das Messobjekt gestellt werden kann.

Durch Bilddatenverarbeitungsverfahren, die aus dem Gebiet der digitalen Bildverarbeitung bekannt sind, wird vorzugsweise aus der Maximumsprojektion automatisch zumindest eine Außenkontur (Umrisslinie) ermittelt. Diese Kontur definiert den Bereich im Rekonstruktionsvolumen bzw. in dem daraus projizierten Bild, der das Messobjekt enthält.

Im Folgenden wird auf Fig. 6 Bezug genommen, die den Fußabdruck 61 in einer zweidimensionalen Bildebene von 256 x 256 Pixeln (x-y-Ebene oder parallel dazu) darstellt. Innerhalb des Fußabdrucks 61 erkennt man auch einen Bereich 62, der einer Aussparung des Messobjekts 21 entspricht.

Eine erste Umrisslinie 63 ist eine Rechtecklinie. Der ebenfalls automatisch bestimmbare kleinste umschreibende Kreis ist eine zweite Umrisslinie 65. außerhalb beider Umrisslinien 63, 65 befindet sich kein binärer Bildwert, der das Vorhandensein von absorbierendem Material bedeutet. Dabei werden die Umrisslinien 63, 65 so um den Fußabdruck 61 gelegt, dass an gegenüberliegenden Rändern der Umrisslinien 63, 65 jeweils einige der binären Bildpunkte des Objekts auf der Umrisslinie 63, 65 liegen.

Die kreisförmige Umrisslinie 65 (die kleinste das Messobjekt umschreibende Kreislinie) zeigt an, wie dieses Messobjekt für maximale Vergrößerung

ausgerichtet werden muss. Z.B. kann daraus die Verschiebung des Messobjekts 21 auf dem Drehtisch 27 berechnet werden, die erforderlich ist, um das Messobjekt 21 bei maximaler Vergrößerung im Zentrum des Drehtischs 27 anzuordnen. Es muss lediglich ermittelt werden, wie weit und in welche Richtung das Zentrum der Kreislinie verschoben werden muss, um mit dem Durchstoßpunkt der Drehachse zusammenzufallen. Femer kann aus dem Verhältnis des Durchmessers (in Pixeln) der Kreislinie zu der Größe des zweidimensionalen Bildes gemäß Fig. 6 (ebenfalls in Pixeln) der Kehrwert ermittelt werden. Dieser Kehrwert gibt den Faktor an, um den das Bild des Messobjekts noch vergrößert werden kann, z.B. durch entsprechendes Heranbewegen des Drehtischs an die Strahlungsquelle.

Die rechteckförmige Umrisslinie 63 (gegebenenfalls vergrößert um den im vorangehenden Absatz definierten Vergrößerungsfaktor) gibt an, dass der außerhalb des Rechtecks gelegene Bereich nicht rekonstruiert werden muss, da dort keine Bereiche des Messeobjekts zu erwarten sind. Durch die Bestimmung dieses Rechtecks können Rekonstruktionszeit und Größe der Rekonstruktionsdatei minimiert werden.

Durch die Binarisierung mithilfe des Schwellwertes kann es vorkommen, dass sich ein Teil des Messobjekts außerhalb einer der Konturlinien befindet, wenn dieser Teil die invasive Strahlung nur sehr schwach absorbiert. Dies kann entweder in Kauf genommen werden, wenn es sich um nicht interessierende Teile handelt, wie z.B. Klebeband zur Befestigung des Messobjekts. Oder es kann der auszuwertende Bereich etwas größer gewählt werden als durch die Umrisslinie definiert wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Schwellwert größer zu wählen, sodass unter Umständen auch Hintergrundpixel als "Objekt" markiert werden und dann eine Prüfung auf miteinander zusammenhängende Bildbereiche vorzunehmen. Gibt es als "Objekt" markierte Bereiche, die klein sind und nicht mit größeren Bereichen zusammenhängen,

können die kleinen Bereiche als "kein Objekt" (bzw. "Hintergrund") markiert werden, d.h. der Pixelwert "0" geschrieben werden.

Die umschreibende Rechtecklinie 63 enthält (in guter Näherung) das gesamte Objekt. Auf Grund der Projektion gilt dies für alle Ebenen parallel zu der Projektionsebene, d. h. für alle "Schichten" des Volumens. Das Rechteck enthält z.B. 600 x 395 Voxel, d.h. nur 22,6 % der Gesamtzahl der Voxel in der 1024 x 1024-Pixelschicht bei einer regulären, nicht reduzierten Auflösung. Für dieses Beispiel muss also weniger als ein Viertel aller Voxel rekonstruiert und gespeichert werden. Da das erfindungsgemäße Verfahren diese Informationen vor Beginn der eigentlichen Messung erzeugt, können diese Informationen während der eigentlichen Messung des Messobjekts und Rekonstruktion der eigentlichen Messdaten berücksichtigt werden.

Ferner kann aus dem umschreibenden Rechteck 63 ein Drehwinkel bestimmt werden, um den das Rechteck 63 gedreht werden kann, sodass die Randlinien des Rechtecks 63 parallel zu den Koordinatenachsen der x-y-Ebene verlaufen (im Beispiel 22,6°). Dieser Drehwinkel kann bei der Rekonstruktion (siehe vorangegangener Absatz) der eigentlichen Messdaten berücksichtigt werden. Diese Optimierung von Rekonstruktionszeit und Größe der Rekonstruktionsdatei hat keinen negativen Einfluss auf die Genauigkeit des Messergebnisses, d.h. das Messergebnis wird durch die Verdrehung um den genannten Drehwinkel nicht verschlechtert. Der Grund hierfür ist, dass die Verdrehung kein zusätzlicher Verarbeitungsschritt nach der Rekonstruktion ist, sondern z. B. durch einen Parameter der Rekonstruktion eingestellt werden kann und daher keinen zusätzlichen Rechenaufwand bedeutet. Bei der Rückprojektion wird jedes Projektionsbild unter dem Winkel ins Volumen rückprojiziert, unter dem es aufgenommen wurde. Addiert man zu jedem Winkel einen konstanten Wert, so bewirkt dies die Drehung des rekonstruierten Messobjekts im Volumen um eben diesen Wert. In dieser Weise kann dem rekonstruierten Objekt innerhalb des Volumens eine beliebige Drehung um die

z-Achse gegeben werden, z.B. eine Lage, die das rekonstruierte Messobjekt parallel zu den Volumenachsen ausrichtet und so den Platzbedarf minimiert.

Der Drehwinkel kann auch bereits für die Aufnahme der eigentlichen Projektionsbilder berücksichtigt werden, beispielsweise indem bei einer Drehstellung des Drehtischs 27 mit der Aufnahme eines Projektionsbildes begonnen wird, die um den Drehwinkel gegen die Fig. 6 entsprechende Drehstellung verdreht ist.

Bisher wurde die Bestimmung der Objektausdehnung in x- und y-Richtung beschrieben. Das Binärvolumen kann auf einfache Weise auch dazu verwendet werden, eine untere und obere Grenze in z-Richtung (d.h. senkrecht zu der Projektionsebene gemäß Fig. 6, z.B. in Richtung der Drehachse) zu bestimmen, so dass das Rekonstruktionsvolumen in allen drei Dimensionen optimal an die tatsächliche Größe des Untersuchungsobjekts angepasst werden kann.

Statt eines einzelnen rechteckigen oder quaderförmigen Umrisses, der das Objekt möglichst eng umschließt, ist es auch möglich, aus dem Binärvolumen mehrere Umrisse zu bestimmen, die das Objekt gemeinsam umschließen. Bei geeigneter Objektform kann so das Rekonstruktionsvolumen noch besser and die tatsächliche Objektform angepasst werden, d.h. noch weiter reduziert werden. Auch ist es möglich anders geformte Umrisslinien und Umrissflächen zu verwenden, z.B. polygonale Umrisslinien. Dies ist besonders für Tomografen mit 2048 x 2048-Detektor von Vorteil, bei denen andernfalls sehr lange Rekonstruktionszeiten auftreten können.

Zusätzlich oder alternativ zu der zuvor beschriebenen Verfahrensweise bei der Auswertung kann das Verfahren benutzt werden, um bei kleinen Objekten und hoher Vergrößerung eine Kollision des Objekts mit der Röntgenröhre zu vermeiden. Dazu wird z.B. die in Fig. 6 dargestellte Kreislinie als Linie der

maximalen Objektausdehnung aufgrund einer Rotation des Drehtischs 27 verwendet. Wenn die Geometrie der Röntgenröhre in Beziehung auf die Röntgenquelle bekannt ist (anhand der CAD-Zeichnung der Röhre), so kann das Objekt automatisch auf den kleinstmöglichen Abstand an die Röhre herangefahren werden, ohne dass es zu einer Kollision kommen kann.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zwischen der Aufnahme von jeweils zwei Projektionsbildern bei der Drehung des Messobjekts dieses außerdem in der x-y-Ebene (d.h. senkrecht zur Drehachse der Drehung) zu verfahren. Damit kann eine effektive Rotation um jeden Ort eines Drehtischs realisiert werden, nicht nur um den Ort der eigentlichen Drehachse. Ein geeigneter Ort für die effektive Drehachse kann mit dem oben vorgestellten Verfahren bestimmt werden (z.B. Mittelpunkt der Kreislinie 65). Dies ermöglicht es, ein Messobjekt an beliebiger Stelle auf einem Drehtisch zu positionieren und dennoch eine optimale Rekonstruktion zu erhalten, ohne das Objekt manuell auf dem Drehteller bewegen zu müssen.