DE102011121633A1

DE102011121633A1 - Method for determining three-dimensional information from recorded X-ray image of object in food industry, involves defining planes, and determining whether object is sharply imaged into planes to yield height information of object

Info

Publication number: DE102011121633A1
Application number: DE201110121633
Authority: DE
Inventors: Ralph Urbansky; Wolfgang Sauer-Greff; Mark Rosenbaum
Original assignee: Technische Universitat Kaiserslautern
Current assignee: Technische Universitat Kaiserslautern
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-06-21
Also published as: DE102011121633A9

Abstract

The method involves receiving a set of X-ray images of an object using a multi-line sensor e.g. multi-line camera, where an image and/or loads of the multi-line sensor are moved relative to the object. A number of X-ray images is superimposed to photo sensors. Sharpness planes are defined, and a determination is made whether the object is sharply imaged into the sharpness planes to yield height information of the object. The object is moved relative to the fixed sensor, and an X-ray light source is arranged above a product. An independent claim is also included for a device for determining three-dimensional information from a recorded X-ray image of an object.

Description

Insbesondere in der Lebensmittelindustrie oder zur Sicherheitskontrolle werden Vorrichtungen mit Röntgenlichtquellen zur Ausgangskontrolle von Objekten, insbesondere von Produkten oder für die Sicherheitskontrolle, eingesetzt. Hierbei wird das Objekt kontinuierlich durch die Vorrichtung mit der Röntgenlichtquelle transportiert und dabei durchleuchtet.In particular, in the food industry or for security control devices with X-ray sources for output control of objects, in particular of products or for security control, are used. In this case, the object is continuously transported through the device with the X-ray source and thereby transilluminated.

Aus dem Bereich der Lebensmittelindustrie ist aus „Food Technologie Magazin, April 2008, Seiten 34–35” bekannt geworden, zum Erkennen, ob ein Tüteninhalt mit Muschelschalen oder Steinchen verunreinigt ist, hochauflösende TDI-(Time-Delay-Integration)Röntgentechnik einzusetzen. Bei der TDI-Röntgentechnik werden die Produkte mit einer Produktgeschwindigkeit von bis zu 120 m pro Minute durch einen Röntgenscanner bewegt. Das System gemäß dem Stand der Technik wie zuvor beschrieben hat trotz einer hohen Auflösung die aus der Laminorgrophie bekannten Verwischungseffekte, so dass keine unmittelbaren Rückschlüsse auf Tiefeninformation möglich ist.From the field of food industry is off "Food Technology Magazine, April 2008, pages 34-35" have become known, for detecting whether a bag contents is contaminated with mussel shells or pebbles, high-resolution TDI (Time-delay integration) to use X-ray technology. In TDI X-ray technology, the products are moved at a product speed of up to 120 m per minute through an X-ray scanner. The system according to the prior art as described above, despite a high resolution, has the blurring effects known from laminographic atrophy, so that no direct conclusions about depth information are possible.

Auch im Sicherheitsbereich von beispielsweise Flughäfen eingesetzten Vorrichtungen werden diese Verfahren verwendet. Besonders bevorzugt ist es, das Objekt auf ein Transportband zu legen und mit diesem durch das Strahlungsfeld, beispielsweise den Strahlungskegel der Röntgenlichtquelle hindurch zu bewegen. Die Röntgenstrahlung durchtritt hierbei das Objekt und wird dabei geschwächt. Unterhalb des Objektes ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Szintilationsfolie, angeordnet, durch die das durch das Objekt hindurchtretende Röntgenlicht in sichtbares Licht umgewandelt wird. Das sichtbare Licht wiederum wird von einem flächigen Sensor, beispielsweise einem Mehrzeilensensor, aufgenommen. Die Umwandlung des Röntgenlichtes in sichtbares Licht ist vorteilhaft, aber keineswegs zwingend. Auch hier wird die TDI-Röntgentechnik eingesetzt.Also in the security area of, for example, airports used devices, these methods are used. It is particularly preferred to place the object on a conveyor belt and to move with it through the radiation field, for example the radiation cone of the X-ray light source. The X-ray passes through the object and is thereby weakened. Below the object, a device, in particular a scintillation foil, is arranged, by means of which the X-ray light passing through the object is converted into visible light. The visible light, in turn, is picked up by a planar sensor, for example a multi-line sensor. The conversion of the X-ray light into visible light is advantageous, but by no means compulsory. Again, the TDI X-ray technology is used.

Bei Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik mit TDI-Röntgentechnik wird die Bildinformation entlang des CCD-Sensors verschoben, und zwar mit der Transportgeschwindigkeit des Objektes auf dem Transportband. Hierdurch erhält man eine Überlagerung einer Vielzahl von Bildern. Es wird also quasi der CCD-Sensor mit dem Objekt mitbewegt, aber nicht physikalisch, sondern dadurch, dass in dem stationären CCD-Sensor das Ladungsbild elektronisch mit dem Objekt mitbewegt wird. Hierzu wird die Taktgeschwindigkeit des CCD-Sensors so eingestellt, dass das Ladungsbild des CCD-Sensors mit der Bewegung des Transportbandes mitgeführt wird. Dabei wird die Taktgeschwindigkeit so gewählt, dass nur eine einzige Ebene eines dreidimensionalen Körpers scharf abgebildet wurde. Um Bereiche, die oberhalb der Ebene liegen, scharf abbilden zu können, müsste die Taktgeschwindigkeit erhöht werden, um darunterliegende Teile scharf abzubilden, erniedrigt werden. Dies ist aber technisch für unterschiedliche Tiefenebenen nicht möglich. Somit wird bei einem ausgedehnten Körper mit den derzeitigen Verfahren keine Höheninformation zur Verfügung gestellt.In prior art devices with TDI X-ray technology, the image information is shifted along the CCD sensor, with the transport speed of the object on the conveyor belt. This gives a superposition of a variety of images. Thus, the CCD sensor is moved with the object, as it were, but not physically, but rather because the charge image is moved electronically with the object in the stationary CCD sensor. For this purpose, the clock speed of the CCD sensor is adjusted so that the charge image of the CCD sensor is carried along with the movement of the conveyor belt. The clock speed is chosen so that only a single plane of a three-dimensional body has been sharply imaged. In order to be able to map areas that lie above the plane in a sharp manner, the clock speed would have to be increased in order to focus on underlying parts sharply. However, this is not technically possible for different depth levels. Thus, in an extended body, height information is not provided by current methods.

Charakteristisch für TDI-Röntgensysteme bzw. Röntgenscanner ist, dass der Aufnahmewinkel sehr schmal gewählt wird im Gegensatz zu einem Laminographie-System, das einen breiten Aufnahmewinkel erfordert. Der Grund hierfür ist, dass der störende Laminographie-Effekt bei TDI-Röntgensystemen bzw. Röntgenscanner gering gehalten werden soll.Characteristic for TDI X-ray systems or X-ray scanners is that the recording angle is chosen to be very narrow, in contrast to a laminography system that requires a wide recording angle. The reason for this is that the annoying laminography effect should be kept low in TDI X-ray systems or X-ray scanner.

Durch die oben beschriebene Kombination von Mehrzeilen-Sensor und Objektbewegung treten bei räumlich ausgedehnten Körpern Unschärfen aufgrund des Laminographie-Effektes auf. Bei der Aufnahme des Objektes bzw. Produktes aus mehreren verschiedenen Winkeln, die überlagert werden, tritt die Unschärfe auf. Dies liegt darin begründet, dass senkrechte Kanten durch die schräge Durchstrahlung als ausgedehnte Objekte statt als einzelne Linie abgebildet werden. Dies bewirkt eine erkennbare Kantenunschärfe im resultierenden Röntgenbild. Zusätzlich ist das gelieferte Bild, wie oben beschrieben, rein zweidimensional, es können keine Höheninformationen aus dem Bild entnommen werden. Daher lässt das Bild keine Unterscheidung zwischen einem flachen Gegenstand, beispielsweise einer Unterlegscheibe, die bei der Untersuchung in der Lebensmittelindustrie als Fremdkörper erkannt werden sollte, und einem Teil des Produktes, beispielsweise einer Nudel, zu.Blurring due to the laminography effect occurs in spatially extended bodies due to the above-described combination of multi-line sensor and object movement. When shooting the object or product from several different angles, which are superimposed, the blur occurs. This is due to the fact that vertical edges are imaged by the oblique radiation as extended objects rather than a single line. This causes a noticeable edge blur in the resulting X-ray image. In addition, as described above, the delivered image is purely two-dimensional, no height information can be taken from the image. Therefore, the image does not allow a distinction to be made between a flat object such as a washer, which should be recognized as a foreign body in the investigation in the food industry, and a part of the product such as a noodle.

Um das Problem der mangelnden Höheninformation zu lösen, hatte man im Stand der Technik, beispielsweise ein tomographisches Verfahren angewandt. Betreffend das tomographische Verfahren wird verwiesen auf: S. Gondrom und S. Schröpfer: ”Digital computed laminography and tomosynthesis-functional principles and industrial applications”, Proceedings of International Symposium an Computed Tomography and Applications, Berlin, Germany, 1999 . Der Einsatz eines tomographischen Verfahrens ist aber sehr aufwendig, insbesondere müssen hierfür mehrere Röntgenquellen oder Aufnahmen nacheinander unter verschiedenen Winkeln durchgeführt werden.In order to solve the problem of the lack of height information, the prior art had used, for example, a tomographic method. With regard to the tomographic method, reference is made to: S. Gondrom and S. Schröpfer: "Digital computed laminography and tomosynthesis-functional principles and industrial applications", Proceedings of International Symposium on Computed Tomography and Applications, Berlin, Germany, 1999 , However, the use of a tomographic method is very complicated, in particular, several X-ray sources or recordings must be carried out successively at different angles for this purpose.

Ein weiterer Nachteil des tomographischen Verfahrens ist, dass die Verfahren zur Gewinnung der Höheninformation, beispielsweise mit Hilfe mehrerer Röntgenlichtquellen nicht geeignet ist, wenn in einem kontinuierlichen Prozess Objekte auf einem Transportband unter einer oder mehrerer Röntgenquellen hindurchbewegt werden. Ein weiterer Nachteil der Systeme gemäß dem Stand der Technik war, dass die entsprechenden Verfahren sehr rechenintensiv waren, was einer Anwendung in Echtzeit, wie sie bei einem kontinuierlich arbeitenden Gerät erforderlich ist, entgegensteht. A further disadvantage of the tomographic method is that the methods for obtaining the height information, for example with the aid of a plurality of X-ray light sources, are not suitable if objects are moved on a conveyor belt under one or more X-ray sources in a continuous process. A further disadvantage of the prior art systems has been that the corresponding methods have been very computationally intensive, which precludes real-time application, as required in a continuous device.

Aus der US 2008/0037847 A1 ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem zur Ermittlung dreidimensionaler Informationen aus mit Hilfe eines Detektors aufgenommenen Röntgenbildes eines Objektes die Strahlungsquelle bewegt wird, nicht jedoch, wie bei der TDI-Röntgentechnik, ein Ladungsbild auf einem CCD-Bildsensor. Ein Nachteil bei dem Verfahren nach der US 2008/00378471 A1 ist, unter anderem dass die Strahlungsquelle bewegt wird, was mechanisch aufwendig ist.From the US 2008/0037847 A1 a method has become known in which the radiation source is moved to determine three-dimensional information from an X-ray image of an object recorded by means of a detector, but not, as in TDI X-ray technology, a charge image on a CCD image sensor. A disadvantage of the method according to US 2008/00378471 A1 is, among other things that the radiation source is moved, which is mechanically complex.

Bei der Anwendung eines Verfahrens wie in der US 2008/00378471 A1 sind des Weiteren alle Ebenen unscharf abgebildet, die Abbildung einer scharfen Ebene wird mit einem Verfahren nach der US 2008/0037847A1 nicht erreicht.When applying a method such as in US 2008/00378471 A1 Furthermore, all planes are shown out of focus, the image of a sharp plane is made with a method according to the US 2008 / 0037847A1 not reached.

Aus MATSUO, H. „Three-Dimensional Image Rekonstruktion by Digital Tomo-Synthesis Using Inverse Filtering”, in IEEE Transactions an Medical Imaging 12 (2), 1993. 307–313 , ist eine inverse Filterung bei klassischen Laminographie-Verfahren bekannt geworden. Bei Anwendung einer Invertierung auf die klassische Laminographie tritt eine sehr hohe Rauschverstärkung auf die die Rekonstruktion von Höheninformation praktisch unmöglich macht.Out MATSUO, H. "Three Dimensional Image Reconstruction by Digital Tomo Synthesis Using Inverse Filtering", in IEEE Transactions on Medical Imaging 12 (2), 1993. 307-313 , inverse filtering has become known in classical laminography processes. Applying an inversion to classic laminography results in a very high noise gain that makes reconstructing altitude information virtually impossible.

Aufgabe der Erfindung ist somit, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, mit der eine dreidimensionale Information aus einem Röntgenbild, das mit Hilfe eines Mehrzeilen-Sensors von einem bewegten Objekt mit einem TDI-Röntgenscanner bzw. Röntgensystem aufgenommen wird, gewonnen werden kann.The object of the invention is therefore to specify a method and a device with which three-dimensional information can be obtained from an X-ray image which is recorded by means of a multi-line sensor of a moving object with a TDI X-ray scanner or X-ray system.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem zur Ermittlung der dreidimensionalen Information aus einem mit Hilfe eines Mehrzeilensensors mit einem TDI Röntgenscanner bzw. Röntgensystems aufgenommenen Röntgenbild, im Folgenden Sensorbild genannt das sich als Überlagerung einer Anzahl an Einzelbildern darstellt, verschiedene Schärfeebenen festgelegt werden und für jede Schärfeebene bestimmt wird, ob ein Objekt in dieser Schärfeebene scharf abgebildet wird, ergebend eine Höheninformation. Rein theoretisch beträgt die Dicke bzw. Breite einer Schärfeebene Null, da theoretisch nur punktuell eine absolut scharfe Abbildung zu erzielen ist. Zu der vorliegenden Anmeldung wird als Dicke einer Schärfeebene die Dicke einer Ebene definiert, bei der ein in der Mitte dieser Ebene angeordnetes Objekt noch ausreichend scharf abgebildet wird. Ob ein Objekt noch ausreichend scharf abgebildet wird, hängt vom Abfall der Schärfe ab.According to the invention, the object is achieved by a method in which different planes of sharpness are determined for determining the three-dimensional information from an X-ray image recorded by means of a multi-line sensor with a TDI X-ray scanner or X-ray system, hereinafter referred to as sensor image which represents a superimposition of a number of individual images and for each sharpness level, it is determined whether an object is sharply imaged in this sharpness plane, resulting in height information. Theoretically, the thickness or width of a focal plane is zero, since theoretically only an occasionally absolutely sharp image can be achieved. For the present application, the thickness of a plane of sharpness is defined as the thickness of a plane in which an object arranged in the center of this plane is still sufficiently sharply imaged. Whether an object is still sufficiently sharply focused depends on the drop in sharpness.

Wie stark die Schärfe abfällt, hängt wiederum von der Sensorbreite und der Anzahl der Sensorzeilen ab. Mit steigender Sensorbreite oder Zeilenanzahl wird der Schärfeabfall steiler und damit die Schärfeebene dünner.How much the sharpness drops depends on the sensor width and the number of sensor lines. As the sensor width or number of lines increases, the sharpness decrease becomes steeper and thus the sharpness level becomes thinner.

Nimmt man beispielsweise eine Sensorbreite von 3,5 cm und eine Zeilenanzahl von 128 an, so ergibt sich hieraus eine Ausdehnung der Schärfeebene von ±2 mm um die Fokusebene. Durch Variation der Sensorbreite beziehungsweise Zeilenzahl kann die Ausdehnung der Schärfeeben variiert werden. Bevorzugt wird die Sensorbreite und die Zeilenanzahl so gewählt, dass die Schärfenebene im Bereich von ±10 mm bis ±1 mm um die Fokusebene liegt. Wird die Ausdehnung der Schärfeebene, wie im Beispiel angegeben, zu ±2 mm gewählt, so erscheint eine Unterlegscheibe mit einer Dicke von 2 mm definitionsgemäß als flaches Objekt, wohingegen eine stehende Nudelröhre mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Höhe von 40 mm als ausgedehntes, nicht flaches Objekt erscheint.Assuming, for example, a sensor width of 3.5 cm and a number of lines of 128, this results in an expansion of the focal plane of ± 2 mm around the focal plane. By varying the sensor width or number of lines, the extent of the sharpness planes can be varied. Preferably, the sensor width and the number of lines is selected so that the focus plane lies in the range of ± 10 mm to ± 1 mm around the focal plane. If the extension of the plane of sharpness is chosen to be ± 2 mm, as indicated in the example, a washer with a thickness of 2 mm appears by definition to be a flat object, whereas a standing pasta tube with a diameter of 6 mm and a height of 40 mm appears to be extended , non-flat object appears.

Um zu bestimmen, ob ein Objekt flach oder ausgedehnt ist, werden eine Vielzahl von Röntgenbildern des bewegten Objektes aufgenommen und zu einem Ausgangsbild überlagert. Sodann wird eine Schärfenebene festgelegt und bestimmt, ob das Objekt in die Schärfenebene, wie zuvor beschrieben, weitgehend scharf abgebildet wird, ergebend eine Höheninformation. Liegt eine scharfe Abbildung, wie zuvor beschrieben, in der Schärfenebene vor, so handelt es sich bei dem Objekt um kein höhenmäßig ausgedehntes Objekt, sondern um ein relativ flaches Objekt, da eine scharfe Abbildung nur für relativ flache Objekte, d. h. beispielsweise Objekte mit einer Dicke von weniger als 4 mm im Fall einer Ausdehnung der Schärfenebene von ±2 mm möglich ist. Generell sind flache Objekte die eine Fläche aufweisen, die viel größer ist als ihre Höhe. Höhenmäßig ausgedehnte Objekte, d. h. Objekte mit einer Höhe bspw. größer 4 mm, können in keiner Schärfenebene scharf abgebildet werden. Eine Schärfenebene kann somit für ausgedehnte Objekte, d. h. beispielsweise mit einer Höhe bzw. Dicke von mehr als 4 mm, nicht ermittelt werden.In order to determine whether an object is flat or expanded, a plurality of x-ray images of the moving object are taken and superimposed into an output image. Then, a focus plane is determined and it is determined whether the object is largely sharply imaged in the focus plane, as described above, resulting in height information. If there is a sharp image in the focus plane, as described above, then the object is not a height-extended object, but a relatively flat object, since a sharp image is only for relatively flat objects, ie, for example, objects having a thickness less than 4 mm in the case of an extension of the focal plane of ± 2 mm. In general, flat objects have an area much larger than their height. Height-extended objects, ie objects with a height, for example greater than 4 mm, can not focus in any sharpness plane be imaged. A focus plane can thus not be determined for extended objects, ie, for example, with a height or thickness of more than 4 mm.

Um ein höhenmäßig ausgedehntes Objekt handelt es sich, falls das Objekt nicht in einer Schärfenebene weitgehend scharf darstellbar ist. Die Höhe ist definiert als die Abmessung des Objektes senkrecht auf das Förderband gemessen, im Weiteren auch als z-Achse bezeichnet. Durch die Bestimmung, ob eine Schärfenebene, d. h. eine Ebene, in der das Objekt scharf abgebildet wird, vorliegt oder nicht, kann eine Höheninformation über das Objekt, das die zweidimensionale Aufnahme zeigt, gewonnen werden.A height-extended object is if the object is not sharply displayed in a sharpening plane. The height is defined as the dimension of the object measured perpendicular to the conveyor belt, hereinafter also referred to as the z-axis. By determining whether a focus plane, i. H. If a plane in which the object is sharply imaged is present or not, height information about the object showing the two-dimensional image can be obtained.

Bereits die Information, ob überhaupt eine weitgehende Scharfstellung in einer Schärfenebene möglich ist, beispielsweise bei einem flachen Körper oder sich keine Schärfenebene finden lässt, da es sich um einen höhenmäßig ausgedehnten Körper handelt, ist insbesondere bei Verfahren zur Fremdkörpererkennung mit Hilfe eines von einem Mehrzeilensensor mit einem TDI-Röntgensystem aufgenommenen Bildes eines Objektes von grundlegendem Interesse. So kann man aus der Klassifikation, ob es sich um einen flachen oder höhenmäßig ausgedehnten Gegenstand handelt, eine wichtige Zusatzinformation für die Klassifikation in gefährliche oder ungefährliche Gegenstände gewinnen. Wird zusätzlich noch eine Höheninformation, d. h. die Lage der Schärfenebene ermittelt, so erhält man als weitere Information die Information, in welchem Bereich ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abgebildetes Objekt in einem gegebenenfalls zu kontrollierenden Gegenstand liegt. Insbesondere bei Einsatz des Verfahrens zur Abbildung von Gepäckstücken in Sicherheitsbereichen können auf diese Art und Weise vor einer Kontrolle des Objektes, insbesondere eines Gepäckstückes, Informationen erhalten werden.Already the information as to whether a substantial focus in a focus plane is possible, for example in a flat body or can not find a sharpness level, since it is a height-extended body, especially in foreign body detection methods with the help of one of a multi-line sensor a TDI X-ray system image of an object of fundamental interest. Thus, one can gain from the classification, whether it is a flat or height-extended object, important additional information for classification into dangerous or harmless items. In addition, a height information, d. H. determines the position of the focus plane, we obtain as further information, the information in which area an object imaged by the method according to the invention is located in an optionally controlled object. In particular, when using the method for imaging luggage in security areas information can be obtained in this way before a control of the object, in particular a piece of luggage.

Die rekonstruierten Bilder gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechen nicht denen der klassischen Verwischungslaminographie, denn durch den geringen Aufnahmewinkel erhält man nach der Rekonstruktion anderer Ebenen als der scharten Ebene, die eingestellt ist, scharfkantige Artefakte anstelle eines verwischten Hintergrundes. Die Erkenntnis, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenso wie bei der klassischen Laminographie Tiefeninformationen ermittelt werden können, ist für den Fachmann im Bereich Laminographie überraschend. Für den Fachmann des Weiteren überraschend ist, dass obwohl mit der TDI-Röntgentechnik nur eine Ebene scharf abgebildet werden kann, es möglich ist, Höheninformation zu gewinnen.The reconstructed images according to the method according to the invention do not correspond to those of the classic blur laminography, because the low recording angle obtained after the reconstruction of other levels than the sharp plane that is set, sharp-edged artifacts instead of a blurred background. The finding that depth information can be determined in the method according to the invention as well as in classical laminography is surprising to the person skilled in the laminography art. It is furthermore surprising for the person skilled in the art that although only one plane can be imaged sharply with TDI X-ray technology, it is possible to obtain height information.

Das Verfahren zur Ermittlung von Schärfenebenen erfordert es zunächst, dass eine Impulsantwort (Point Spread Function) der Aufnahmeapparatur bestimmt wird. Diese Bestimmung kann beispielsweise mittels Probeaufnahmen oder unter Zugrundelegen einer geometrischen Betrachtung erfolgen. Sodann wird diese Impulsantwort auf eine entsprechende Schärfeebene umgerechnet. Dies kann beispielsweise mittels einer Skalierung erfolgen. Das Sensorbild wird mit der so bestimmten modifiziert invertierten Impulsantwort gefiltert, insbesondere invers gefiltert und dann zur Anzeige gebracht. Ist das Anzeigenbild scharf, so liegt ein im Wesentlichen flacher Gegenstand in der Höhe der gewünschten Schärfenebene vor. Kann in keiner Schärfenebene mit der modifizierten inversen Impulsantwort, nach optimierter Invertierung bzw. Filterung ein scharfes Bild ermittelt werden, so liegt ein in der Höhe ausgedehnter Gegenstand vor. Möchte man die Schärfenebene automatisch bestimmen bzw. wissen, ob überhaupt ein scharfes Bild vorliegt, so kann man eine Regelung vorsehen, bei der eine Schärfenebene vorgegeben wird. Die zuvor bestimmte Impulsantwort wird auf die entsprechende Schärfeebene umgerechnte bzw. skaliert. Das Eingangssignal wird mit der modifiziert inversen Impulsantwort gefiltert. Nach der Filterung wird die Bildschärfe des Bildes ermittelt und in einem Bildschärfesignal abgelegt. Abhängig vom Bildschärfensignal wird erneut eine Schärfenebene eingestellt und wiederum die Impulsantwort bestimmt. Auf diese Art und Weise kann in einem geschlossenen Regelkreis der komplette Bereich der Schärfenebenen durchfahren, und so detektiert werden, ob ein räumlich ausgedehnter oder ein im Wesentlichen ebener Gegenstand vorliegt und gegebenenfalls, in welcher Höhe die Schärfenebene zu liegen kommt.The method for determining sharpness levels first requires that an impulse response (point spread function) of the recording apparatus is determined. This determination can be made for example by means of test recordings or on the basis of a geometric analysis. Then this impulse response is converted to a corresponding sharpness level. This can be done, for example, by means of scaling. The sensor image is filtered with the thus determined modified inverted impulse response, in particular filtered inversely and then displayed. If the display image is sharp, then there is a substantially flat object in the height of the desired focus plane. If a sharp image can not be determined at any level of sharpness with the modified inverse impulse response, after optimized inversion or filtering, then there is an object extended in height. If you want to determine the focus plane automatically or know if there is even a sharp image, so you can provide a scheme in which a focus level is specified. The previously determined impulse response is converted to the corresponding sharpness level or scaled. The input signal is filtered with the modified inverse impulse response. After filtering, the image sharpness of the image is determined and stored in a focus signal. Depending on the focus signal, a focus level is set again and the impulse response is determined again. In this way, in a closed control loop, the entire area of the sharpening planes can be traversed, and it can thus be detected whether there is a spatially extended or substantially planar object and, if appropriate, at what level the sharpening plane comes to rest.

Betreffend die Fouriertransformation, die Grundlagen der Bildverarbeitung, insbesondere der zweidimensionalen Fouriertransformation und der modifizierten Inversion, bevorzugt der Spezialform Wiener-Filterung wird auf die nachfolgende Literatur verwiesen:

– A. D. Popularikas (ed): The Transforms and Applications Handbook, CRC Press, 1996 in Bezug auf die Fourier-Transformation
– R. C. Gonzáles und R. E. Woods: Digital Image processing Prentice Hall 2008 in Bezug auf die zweidimensionale Fourier-Transformation und
– V. K. Madisetti und D. B. Williams (ed): The Digital Signal Processing Handbook, CRC Press, 1998 in Bezug auf die Wiener-Filterung.

Regarding the Fourier transformation, the fundamentals of image processing, in particular the two-dimensional Fourier transformation and the modified inversion, preferably the special form Wiener filtering, reference is made to the following literature:

- AD Popularikas (ed): The Transforms and Applications Handbook, CRC Press, 1996 in terms of the Fourier transformation
- RC Gonzáles and RE Woods: Digital image processing Prentice Hall 2008 with respect to the two-dimensional Fourier transform and
- VK Madisetti and DB Williams (ed): The Digital Signal Processing Handbook, CRC Press, 1998 in terms of Wiener filtering.

Der Offenbarungsgehalt vorgenannter Schriften wird voll umfänglich in diese Anmeldung mit einbezogen. Ganz allgemein handelt es sich bei einem Filter um eine mathematische Operation, die ein Eingangsbild A in ein Ausgangsbild O umwandelt. Das Filter ist darstellbar durch ein System H, welches das Bild A als Eingangsgröße hat und das Bild O ausgibt. Falls das System linear und ortsinvariant ist, kann man das Filter durch seine zweidimensionale Impulsantwort charakterisieren. Diese Impulsantwort wird im Bereich der Bildverarbeitung auch als Punktspreizfunktion oder Point-Spread-Function bezeichnet, da sie prinzipiell angibt, wie ein unendlich kleiner Punkt im Eingangsbild im Ausgangsbild abgebildet wird.The disclosure of the aforementioned publications is fully incorporated into this application. In general, a filter is a mathematical operation that is an input image A converted into an output image O. The filter can be represented by a system H, which has the image A as input and outputs the image O. If the system is linear and location invariant, one can characterize the filter by its two-dimensional impulse response. In the field of image processing, this impulse response is also referred to as point spread function or point spread function, since it basically indicates how an infinitely small point in the input image is imaged in the output image.

Die Filterung kann auf zwei verschiedenen Varianten durchgeführt werden: Im Ortsbereich wird das Eingangsbild A mit der Impulsantwort H zweidimensional gefaltet, es ergibt sich das Ausgangsbild O.The filtering can be carried out in two different variants: In the local area, the input image A is folded two-dimensionally with the impulse response H, resulting in the output image O.

Eine effizientere Filterung lässt sich erreichen, wenn man das Eingangsbild und die Impulsantwort mit der diskreten zweidimensionalen Fourier-Transformation (2D-DFT) in den Ortsfrequenzbereich transformiert und die sich ergebenden zweidimensionalen Matrizen elementweise multipliziert. Das Ergebnis der Multiplikation wird mit Hilfe der zweidimensionalen inversen diskreten Fourier-Transformation (2D-IDFT) in den Ortsbereich zurücktransformiert, es ergibt sich ebenfalls das Ausgangsbild O.More efficient filtering can be achieved by transforming the input image and the impulse response into the spatial frequency domain using the discrete two-dimensional Fourier transform (2D-DFT) and multiplying the resulting two-dimensional matrices element by element. The result of the multiplication is transformed back into the location area with the aid of the two-dimensional inverse discrete Fourier transformation (2D-IDFT), the output image O also results.

Die inverse Filterung ist die Umkehroperation der Filterung. Sie erzeugt aus dem Ausgangsbild O wieder das Eingangsbild A. Dies erfordert im Allgemeinen Kenntnisse über das Übertragungssystem, z. B. die Kenntnis der Impulsantwort H. Die inverse Filterung kann im Ortsbereich oder vorzugsweise im Ortsfrequenzbereich durchgeführt werden. Nach Transformation von O und H erfolgt eine Division der Transformierten von O durch die Transformierte von H. Nach Rücktransformation in den Ortsbereich erhält man eine Näherung für A.Inverse filtering is the reverse operation of the filtering. It generates from the output image O again the input image A. This generally requires knowledge of the transmission system, eg. B. the knowledge of the impulse response H. The inverse filtering can be performed in the local area or preferably in the spatial frequency range. After transformation of O and H, the transform of O is transformed by the transform of H. After back transformation into the spatial domain, one obtains an approximation for A.

Durch unvermeidliche Rauschanteile im Bild O sowie die Eigenschaften der inversen Filterung ist ein stark verstärktes Rauschen im Bild A zu beobachten, insbesondere wenn Elemente der Transformierten H(f_x, f_y) nahe bei Null liegen. Daher wird in der Regel die Rekonstruktion des Bildes durch eine modifizierte Inversion durchgeführt.Due to unavoidable noise components in the image O as well as the properties of the inverse filtering, a strongly amplified noise can be observed in the image A, in particular if elements of the transform H (f _x , f _y ) are close to zero. Therefore, the reconstruction of the image is usually performed by a modified inversion.

Die Funktion:

beschreibt ein derartiges Rekonstruktionsfilter beispielhaft.The function:

describes such a reconstruction filter by way of example.

Die Funktion W(f_x, f_y) nähert die Fourier-Transformierte der inversen Impulsantwort an.The function W (f _x , f _y ) approximates the Fourier transform of the inverse impulse response.

Bei dieser modifizierten inversion kann man mit Hilfe des Parameters K abwägen, wie hoch die Rauschunterdrückung ausfällt. Wählt man den Parameter K zur frequenzabhängigen Rauschleistungsdichte N(f_x, f_y) so erhält man die besonders bevorzugte Spezialform der Wiener Filterung. Ein ganz besonderer Spezialfall liegt vor, wenn weisses Rauschen vorliegt. Dann kann N(f_x, f_y) = N_o gesetzt werden.With this modified inversion, one can use the parameter K to weigh how high the noise suppression will be. If one chooses the parameter K for the frequency-dependent noise power density N (f _x , f _y ), one obtains the particularly preferred special form of Wiener filtering. A very special case is when there is white noise. Then N (f _x , f _y ) = N _{o can be} set.

Eine erhöhte Rauschunterdrückung wird allerdings durch einen Schärfeverlust des Bildes erkauft. Die Spezialform Wiener-Filterung ist ein im quadratischen Sinne optimaler Schätzer des Eingangssignals. Eine weitere Spezialform ergibt sich für K = O. Dies entspricht der exakten Inversion. Die Filterung mit der modifizierten inversen Impulsantwort wird häufig als Deconvolution bezeichnet.An increased noise reduction is, however, bought by a loss of sharpness of the image. The special form of Wiener filtering is an optimal estimator of the input signal in a quadratic sense. Another special form results for K = O. This corresponds to the exact inversion. Filtering with the modified inverse impulse response is often referred to as deconvolution.

Die Impulsantwort des Systems ist am Anfang generell unbekannt, wird aber zur inversen Filterung benötigt. Diese Impulsantwort kann man durch Betrachtung der Geometrie oder durch Probeaufnahmen bestimmen. Für den geometrischen Ansatz benötigt man die Zeilenzahl des Sensors, die wirksame Sensorbreite, den Abstand der Röntgenquelle sowie die Bandgeschwindigkeit. Da diese Werte alle Schwankungen unterworfen sind, ist eine Bestimmung der Impulsantwort durch Probeaufnahmen vorzuziehen.The impulse response of the system is generally unknown at the beginning, but is needed for inverse filtering. This impulse response can be determined by observing the geometry or by trial recordings. The geometrical approach requires the number of rows of the sensor, the effective sensor width, the distance of the X-ray source and the belt speed. Since these values are subject to all variations, it is preferable to determine the impulse response by trial recordings.

Hierzu werden mehrere Aufnahmen von bekannten Objekten in verschiedenen Höhen aufgenommen. Diese Impulsantwort kann nun durch inverse Filterung des Sensorbildes mit einem bekannten scharfen Bild des Objekts bestimmt werden. Dies wird man vorzugsweise im Ortsfrequenzbereich durchführen und zusätzlich mehrere Aufnahmen bei gleichem Abstand aufnehmen und zur Rauschunterdrückung mitteln.For this purpose, several shots of known objects at different heights are taken. This impulse response can now be determined by inverse filtering the sensor image with a known sharp image of the object. This will be done preferably in the spatial frequency range and additionally record multiple shots at the same distance and average for noise suppression.

Im Gegensatz zu der konventionellen inversen Filterung nur anhand der Geometrie des Systems, wie z. B. in MATSUO, H. „Three-Dimensional Image Reconstruction by Digital Tomo-Synthessis Using Inverse Filtering”, in IEEE Transactions an Medical Imaging 12 (2), 1993. 307–313 beschrieben, bei der Rauschen verstärkt wird, bietet die erfindungsgemäße inverse Filterung der Sensorbilder, aufgenommen mit dem TDI-Röntgenscanner bzw. Röntgensystem mittels Wiener-Filterung deutliche Vorteile in Bezug auf

– Vermeiden einer insbesondere bildabhängigen Rauschverstärkung. Dies ist insbesondere auf den Einsatz der Wiener-Filterung gegenüber einer reinen Inversion bzw. Invertierung zurückzuführen.
– Verbesserte Rauschunterdrückung insbesondere bei frequenzabhängigem Rauschen N(f_x, f_y), d. h. bei sogenannten, farbigen Rauschen

In contrast to the conventional inverse filtering only on the basis of the geometry of the system, such. In MATSUO, H. "Three Dimensional Image Reconstruction by Digital Tomo-Synthesis Using Inverse Filtering" in IEEE Transactions on Medical Imaging 12 (2), 1993. 307-313 in which noise is amplified, the inverse filtering of the sensor images according to the invention, recorded with the TDI X-ray scanner or X-ray system by means of Wiener filtering, offers significant advantages with respect to

- Avoiding a particular image-dependent noise amplification. This is due in particular to the use of Wiener filtering as opposed to pure inversion or inversion.
- Improved noise reduction, especially with frequency-dependent noise N (f _x , f _y ), ie in so-called colored noise

Ein weiterer genereller Vorteil der Erfindung gegenüber herkömmlichen Systemen ist dass das Aufnahmesystem nicht geändert werden muss, sondern lediglich das Auswertesystem.Another general advantage of the invention over conventional systems is that the recording system does not need to be changed, but only the evaluation system.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren stellt die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Ermittlung dreidimensionaler Informationen mittels Röntgenstrahlung zur Verfügung.In addition to the method according to the invention, the invention also provides a device for determining three-dimensional information by means of X-ray radiation.

Hierbei umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Röntgenlichtquelle zur Durchleuchtung eines Objekts, einen Mehrzeilen-Sensors zur Aufnahme eines Bildes des Objektes, wobei der Mehrzeilen-Sensor bevorzugt unterhalb des Objektes angeordnet ist und die Röntgenlichtquelle oberhalb des Objektes. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Ermittlung einer virtuellen Schärfenebene aus der Bildinformation des Mehrzeilen-Sensors.In this case, the device comprises at least one X-ray source for transilluminating an object, a multi-line sensor for capturing an image of the object, wherein the multi-line sensor is preferably arranged below the object and the X-ray source above the object. Furthermore, the device comprises a device for determining a virtual focus plane from the image information of the multi-line sensor.

Bevorzugt umfasst die Erfindung in einer ersten Ausgestaltung eine Regeleinrichtung zur Einstellung der Schärfenebene des Objekts.In a first embodiment, the invention preferably comprises a control device for adjusting the focus plane of the object.

Bevorzugt findet das Verfahren und die Vorrichtung Verwendung für eine Ausgangskontrolle in der Lebensmittelindustrie, insbesondere bei der Ermittlung der Höhenlage bei mehrlagigen Produktströmen sowie bei der Fremdkörpererkennung, insbesondere bei Aufnahmen im Sicherheitsbereich.Preferably, the method and the device find use for an output control in the food industry, in particular in the determination of the altitude in multi-layer product streams and in foreign body detection, especially when shooting in the security area.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft beschrieben werden, ohne hierauf beschränkt zu sein.The invention will be described by way of example with reference to the figures, without being limited thereto.

Es zeigen:Show it:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung; 1 a device according to the invention;

2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit drei abzubildenden Objekten; 2 a device according to the invention with three objects to be imaged;

3 von dem Sensorschirm aufgenommene Bilder von Objekten gemäß 1; 3 from the sensor screen taken pictures of objects according to 1 ;

4 Abbildung der Objekte gemäß 2 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in unterschiedliche Schärfenebenen; 4 Illustration of objects according to 2 by means of the method according to the invention in different sharpening planes;

5 Verfahren zur Darstellung eines Bildsignals in einer vorbestimmten Schärfeebene in einer generellen Darstellung 5 Method for displaying an image signal in a predetermined focal plane in a general representation

6 Blockdiagramm für ein Verfahren zur Abbildung einzelner Objekte, generelle Darstellung 6 Block diagram for a method for mapping individual objects, general representation

7 Verfahrung zur Darstellung eines Bildsignals in einer vorbestimmten Schärfenebene in einer bevorzugten Umsetzung 7 A method for displaying an image signal in a predetermined focus plane in a preferred implementation

8 Blockdiagramm für ein Verfahren zur Abbildung einzelner Objekte in einer bevorzugten Umsetzung 8th Block diagram of a method for mapping individual objects in a preferred implementation

9 Beispiel einer Impulsantwort der Übertragungsstrecke im Ortsbereich. 9 Example of an impulse response of the transmission path in the local area.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst eine Röntgenlichtquelle 3, die Röntgenstrahlung in einen Kegel 5 abgibt und ein Produkt 7 beleuchtet bzw. durchleuchtet. Die Röntgenquelle 3 ist oberhalb des Produktes 7, das auf einem Transportband 9 abgelegt und in Richtung 10 transportiert wird, angeordnet. Unterhalb des Transportbandes 9 bzw. des Produktes 7 befindet sich eine Mehrzeilenkamera 20 mit einer Vielzahl von Kamerazeilen 22, die das Röntgenlichtsignal aufnehmen. Bevorzugt wird das Objekt 7 auf dem Förderband synchron transportiert Die Inhalte der einzelnen Kamerazeilen werden synchron zur Bewegung des Förderbandes weitertransportiert. Die Kamera umfasst üblicherweise 128 Zeilen. Dies ist jedoch nicht zwingend. So kann die Erfindung auch mit einer Kamera mit beliebigen Zeilenzahlen durchgeführt werden.In 1 a device according to the invention is shown. The device according to the invention 1 includes an X-ray source 3 X-rays in a cone 5 gives and a product 7 illuminated or illuminated. The X-ray source 3 is above the product 7 on a conveyor belt 9 filed and in the direction 10 is transported, arranged. Below the conveyor belt 9 or the product 7 there is a multi-line camera 20 with a variety of camera lines 22 that receive the X-ray signal. The object is preferred 7 transported synchronously on the conveyor belt The contents of the individual camera lines are transported in synchronism with the movement of the conveyor belt. The camera usually has 128 lines. However, this is not mandatory. Thus, the invention can also be carried out with a camera with any number of lines.

Aufgrund der Bewegung des Förderbandes 9 in Richtung 10 werden unterschiedliche Aufnahmen aus verschiedenen Winkeln des Objektes im Mehrzeilen-Sensor überlagert. Demgemäß ergibt sich ein unscharfes Bild, wie für das Ausführungsbeispiel gemäß 2 in 3 dargestellt. Die Unschärfe ist im Wesentlichen durch den Lamographie-Effekt bedingt.Due to the movement of the conveyor belt 9 in the direction 10 Different images from different angles of the object are superimposed in the multi-line sensor. Accordingly, a blurred image results as in the embodiment of FIG 2 in 3 shown. The blur is essentially due to the lamography effect.

In 2 ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt, bei dem in einem Behälter, z. B. einem Koffer 100, drei Objekte 102.1, 102.2, 102.3 angeordnet sind. Der Behälter 100 wird in Richtung 10, beispielsweise auf einem Transportband 9, bewegt. Oberhalb des Transportbandes ist die Lichtquelle, hier die Röntgenlichtquelle, angeordnet, unterhalb des Transportbandes der Schirm 20 mit einem Mehrzeilen-Detektor. Die in verschiedenen Höhen H angeordneten Objekte 102.1, 102.2, 102.3 geben unterschiedliche Bildsignale. Wenn nicht das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, so wird aufgrund der Bewegung in Richtung 10 durch Lamographie-Effekte das vom Schirm aufgenommene Bild unscharf.In 2 an example of the invention is shown in which in a container, for. B. a suitcase 100 , three objects 102.1 . 102.2 . 102.3 are arranged. The container 100 will go in the direction 10 for example on a conveyor belt 9 , emotional. Above the conveyor belt, the light source, here the X-ray source, arranged below the conveyor belt of the screen 20 with a multi-line detector. The objects arranged at different heights H 102.1 . 102.2 . 102.3 give different picture signals. If the method according to the invention is not used, the movement in the direction of 10 due to lamography effects, the image taken by the screen is out of focus.

Bei den Objekten in 2 handelt es sich bei dem Objekt 102.1 ohne Beschränkung hierauf um eine flache Scheibe, ebenso wie bei dem Objekt 102.3. Das Objekt 102.2 ist ein hoher Zylinder. Während die Objekte 102.1 und 102.3 im Wesentlichen flach sind, d. h. eine Höhe H0 – d. h. eine Ausdehnung in z-Richtung aufweisen, die eine scharfe Abbildung in eine Schärfenebene ermöglichen, ist der Zylinder 102.2 ausgedehnt mit einer Höhe HZ. Die Höhe H0 liegt im Bereich von ±2 mm. Ein Gegenstand mit einer derartigen Höhe erscheint bei einer beispielhaften Ausdehnung der Schärfenebene von ±2 mm wie zuvor beschrieben flach. Ist der Gegenstand höher, beträgt beispielsweise die Höhe HZ = 50 mm, so erscheint dieser Gegenstand unscharf.For the objects in 2 this is the object 102.1 without limitation to a flat disc, as well as the object 102.3 , The object 102.2 is a tall cylinder. While the objects 102.1 and 102.3 are substantially flat, ie have a height H0 - ie an extension in the z-direction, which allow a sharp image in a sharpness plane, is the cylinder 102.2 extended with a height HZ. The height H0 is in the range of ± 2 mm. An object of such height appears flat with an exemplary extension of the focal plane of ± 2 mm as previously described. If the object is higher, for example, if the height HZ = 50 mm, this object appears out of focus.

In 3 sind beispielhaft Sensorbilder, die sich durch Überlagerung auf dem Schirm 20 mit 128 Zeilen geben, ohne das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. Wird beispielsweise ein Koffer, gleichmäßig in Richtung 10 bewegt, wie in 2 beschrieben, so werden insgesamt 128 Bilder bei einem CCD-Sensor mit 128 Zeilen überlagert. In 3 ergibt sich für die Scheibe oben, das ist die Scheibe 102.3 in 2, das Bild 200.3. Für den Zylinder mit einer Höhenausdehnung HZ ergibt sich das Bild 202, und für den unteren Ring in 2, bezeichnet mit 102.1, das Bild 200.1. Wie aus 3 hervorgeht, sind die herkömmlich durch Überlagerung erhaltenen Bilder zum einen unscharf, zum anderen erlauben sie keinerlei Rückschlüsse auf die Höhe HO bzw. HZ oder HO des Gegenstands.In 3 are exemplary sensor images, which are overlaid on the screen 20 with 128 lines, presented without the inventive method. For example, a suitcase, evenly in the direction 10 moves, as in 2 described, a total of 128 images are superimposed on a CCD sensor with 128 lines. In 3 results for the disc above, this is the disc 102.3 in 2 , the picture 200.3 , For the cylinder with a height extension HZ, the picture results 202 , and for the lower ring in 2 , marked with 102.1 , the picture 200.1 , How out 3 On the one hand, the images conventionally obtained by superimposition are blurred, on the other hand, they do not allow any conclusions to be drawn as to the height HO or HZ or HO of the object.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das detailliert noch in den 5 bis 9 beschrieben wird, wird eine scharfe Abbildung in eine Schärfenebene erreicht.With the method according to the invention, which is still detailed in the 5 to 9 is described, a sharp image is achieved in a sharpness level.

In 4 ist das Ergebnis, das als (Anzeigebild) bezeichnet wird, des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, bei dem die in 3 gezeigten überlagerten Bilder mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verarbeitet werden, ergebend scharfe Abbildungen für die flachen Gegenstände mit Höhenausdehnung H0. Das aufgenommene Röntgenbild, d. h. das Sensorbild wird erfindungsgemäß weiterverarbeitet, indem zuerst die Impulsantwort des Abbildungssystems bestimmt wird. Dies kann durch Referenzaufnahmen mit flachen Objekten in bekannter Höhenlage oder durch geometrische Schätzung erfolgen. Die so bestimmte Impulsantwort wird dann invertiert. Dies kann im Ortsbereich durch Inversion erfolgen. Bevorzugt wird die modifizierte Inversion bzw. Invertrierung im Ortsfrequenzbereich durchgeführt. Bei dieser Art der Inversion wird eine rauschunempfindliche Schätzung der inversen Übertragungsfunktion erreicht. Dadurch weist die nachfolgende Filterung eine verminderte Rauschverstärkung auf. Ein Beispiel einer modifizierten Invertierung dargestellt im Ortsfrequenzbereich f_x, f_y, arbeitet nach der Gleichung

In 4 is the result, which is referred to as (display image), the method according to the invention shown in which the in 3 shown superimposed images using the method according to the invention are further processed, resulting in sharp images for the flat objects with height extent H0. The recorded X-ray image, ie the sensor image is further processed according to the invention by first determining the impulse response of the imaging system. This can be done by reference shots with flat objects in a known altitude or by geometric estimation. The impulse response thus determined is then inverted. This can be done in the local area by inversion. The modified inversion or inverting is preferably carried out in the spatial frequency range. In this type of inversion, a noise-insensitive estimate of the inverse transfer function is achieved. As a result, the subsequent filtering has a reduced noise amplification. An example of a modified inversion represented in the spatial frequency range f _x , f _y , operates according to the equation

Die Funktion W(f_x, f_y) beschriebt einen Rekonstruktionsfilter. Wählt man den Parameter K zu K = N(f_x, f_y), so erhält man den Spezialfall der Wiener-Filterung. Für die Rauschleistungsdichte N(f_x, f_y) = N_o beschreibt man den Spezialfall des weissen Rauschens. Für K = O erhält man den Spezialfall der exakten Inversion bzw. Invertierung.The function W (f _x , f _y ) describes a reconstruction filter. If one chooses the parameter K as K = N (f _x , f _y ), one obtains the special case of Wiener filtering. For the noise power density N (f _x , f _y ) = N _o describes one the special case of the white noise. For K = O we get the special case of exact inversion or inversion.

Die hierdurch bestimmte Inverse W(f_x, f_y) wird nun mit dem bevorzugt 2D-Fouriertransformierten Sensorbild multipliziert. Das Ergebnis wird durch eine inverse 2D-Fourier-Transformation erzeugt. Ebenso möglich ist eine inverse 2D-Fourier-Rück-Transformation von W(f_x, f_y) mit anschließender zweidimensionaler Faltung von w(x, y) mit dem Sensorbild.The thus determined inverse W (f _x , f _y ) is then multiplied by the preferably 2D Fourier-transformed sensor image. The result is generated by an inverse 2D Fourier transform. Also possible is an inverse 2D Fourier reverse transformation of W (f _x , f _y ) followed by a two-dimensional convolution of w (x, y) with the sensor image.

Wählt man die Schärfenebene mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, so, dass sie auf den oberen Ring (d. h. den Ring 102.3 in 4) eingestellt ist, so wird der Ring 102.3 mit geringer Ausdehnung in z-Richtung, d. h. mit geringer Höhe, scharf abgebildet, nicht jedoch Ring 102.1. Die Ausdehnung des Ringes in z-Richtung beträgt weniger als ±2 mm, d. h. weniger als 4 mm in vorliegendem Ausführungsbeispiel ohne Beschränkung hierauf. Wird umgekehrt die Schärfenebene so gewählt, dass diese im Bereich des unteren Ringes zu liegen kommen, so wird der untere Ring (in 4 102.1) scharf abgebildet. Der in z-Richtung, d. h. in der Höhe sehr ausgedehnte Zylinder 102.2 mit einer Höhe größer 4 mm, beispielsweise 50 mm kann nicht scharf abgebildet werden, da es für den Zylinder 102.2 keine Schärfenebene gibt, die dies erlauben würde. Sobald die Ausdehnung des Objektes in z-Richtung einen gewissen Wert von beispielsweise 4 mm überschreitet, ist eine scharfe Abbildung nicht mehr möglich. Dies ist durch die Eigenschaften der Abbildung bedingt, da nur eine einzelne Ebene mit einem gewissen Schärfenbereich von beispielsweise ±2 mm weitgehend scharf abgebildet werden kann. Ist das Objekt deutlich ausgedehnter in z-Richtung, dann kann immer nur ein Teil des Objektes fokussiert werden. Gleichzeitig wird der Rest des Objektes durch Artefakte gestört. Die Überlagerung der scharfen Abbildung mit den entsprechenden Artefakten ergibt in Summe eine unscharfe Abbildung. So wird beispielsweise ein hoher Zylinder mit 50 mm Höhe unscharf abgebildet.If one chooses the focal plane with the method according to the invention, so that it on the upper ring (ie the ring 102.3 in 4 ) is set, then the ring 102.3 with small extension in z-direction, ie with low height, sharply imaged, but not ring 102.1 , The expansion of the ring in the z direction is less than ± 2 mm, that is, less than 4 mm in the present embodiment without limitation thereto. Conversely, if the focus plane is chosen so that they lie in the region of the lower ring, the lower ring (in 4 102.1 ) sharp. The in z-direction, ie in height very extended cylinder 102.2 with a height greater than 4 mm, for example, 50 mm can not be shown sharply, as it is for the cylinder 102.2 There is no sharpness level that would allow this. As soon as the expansion of the object in the z direction exceeds a certain value, for example 4 mm, a sharp image is no longer possible. This is due to the properties of the image, since only a single plane with a certain sharpness range of, for example, ± 2 mm can be largely sharply focused. If the object is significantly more extended in the z-direction, then only a part of the object can be focused. At the same time, the rest of the object is disturbed by artifacts. The superposition of the sharp image with the corresponding artifacts results in a blurred image. For example, a tall cylinder with a height of 50 mm is blurred.

Die Schärfenebenen, bei denen eine im Wesentlichen scharfe Abbildung erfolgt, sind für den oberen bzw. unteren Ringe in 2 für den oberen Ring 102.3 mit 210.3 und für den unteren Ring mit 210.1 gekennzeichnet.The sharpening planes, where a substantially sharp image is made, are for the upper and lower rings, respectively 2 for the upper ring 102.3 With 210.3 and for the lower ring with 210.1 characterized.

Da neben der scharfen Abbildung auch die Lage der Schärfenebene, bei denen eine Fokussierung möglich ist, bestimmt werden kann, erhält man eine Höheninformation über die Anordnung der Gegenstände innerhalb eines Behälters 100. Insbesondere bei Anwendung im Sicherheitsbereich ist dies von Vorteil, da hier bereits aufgrund der Festlegung der Schärfenebene, wie in 4, die Höhe des Gegenstandes, d. h. der Abstand vom Transportband innerhalb des Behälters 100 ermittelt werden kann.Since, in addition to the sharp image, the position of the focus plane at which focussing is possible can be determined, height information about the arrangement of the objects within a container is obtained 100 , Especially when used in the security sector, this is advantageous because already here, due to the definition of the sharpness level, as in 4 , the height of the object, ie the distance from the conveyor belt within the container 100 can be determined.

In den 5 und 6 sind allgemein das Verfahren zur Erzeugung der Schärfenebene und zur Abbildung einzelner Objekte gezeigt.In the 5 and 6 In general, the method for generating the focus plane and for imaging individual objects are shown.

Zunächst wird die Impulsantwort 1000 des Systems, wie zuvor beschrieben, ermittelt. Daraufhin wird die gewünschte Schärfenebene in Schritt 1100 ausgewählt und die Impulsantwort dieser Schärfenebene mittels Skalierung aus der allgemeinen Impulsantwort bestimmt. Darauf folgend wird in Schritt 1200 eine Filterung des Sensorbildes, wie zuvor beschrieben, vorgenommen und anschließend ausgegeben.First, the impulse response 1000 of the system as described above. The desired focus level will then be in step 1100 is selected and the impulse response of this focal plane is determined by scaling from the general impulse response. Subsequently, in step 1200 a filtering of the sensor image, as described above, made and then output.

In 6 ist prinzipiell das Verfahren aus 5 eingesetzt in einem Regelkreis gezeigt. Gleiche Verfahrensschritte wie in 5 sind mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Im Gegensatz zu 5 wird beim Regelkreis gemäß 6 das Anzeigebild zunächst nicht zur Anzeige gebracht, sondern abgelegt und die Bildschärfe in Schritt 1300 ermittelt. Aus den Werten der Bildschärfe kann dann ermittelt werden, ob bereits eine Schärfebene erreicht ist oder eine weitere Schärfenebene gewählt werden muss. Ist dies der Fall, wird eine neue Schärfenebene eingestellt. Diese Schritte werden in dem dargestellten Regelkreis so oft wiederholt, bis ein scharfes Bildsignal zur Anzeige gebracht werden kann.In 6 is in principle the procedure 5 shown inserted in a control loop. Same process steps as in 5 are marked with the same reference numbers. In contrast to 5 becomes according to the control loop 6 the display image not initially displayed, but filed and the focus in step 1300 determined. From the values of the image sharpness can then be determined whether a sharpness level has already been reached or another focus level must be selected. If so, a new focus level is set. These steps are repeated in the illustrated control loop until a sharp image signal can be displayed.

In 7 ist eine erste Möglichkeit einer konkreten Ausgestaltung gemäß 5 eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei dem eine scharfe Abbildung, wie in 4 gezeigt, erhalten wird. Hierzu wird zunächst das Sensorbild, wie in 3 gezeigt, in einem ersten Schritt 300 vom Ortsbereich in den Ortsfrequenzbereich transformiert. Die Transformation vom Ortsbereich in den Ortsfrequenzbereich ist eine 2D-Fourier-Transformation. Sodann wird die Impulsantwort des Systems (Point Spread Function) ermittelt. Dies geschieht in Schritt 310 und kann beispielsweise durch Probeaufnahmen mit Objekten in bekannter oder mittels geometrischer Betrachtungen erfolgen. Daraufhin wird in Schritt 320 die gewünschte Schärfeebene ausgewählt und die Impulsantwort dieser Schärfeebene mittels Skalierung aus der allgemeinen Impulsantwort bestimmt. Darauf folgend wird die Impulsantwort in Schritt 330 per 2D-Fourier-Transformation ebenfalls in den Ortsfrequenzbereich transformiert und die Übertragungsfunktion erhalten. In Schritt 340 folgt die Inversion bzw. angehärtete Invertierung der Übertragungsfunktion beispielsweise mittels Wiener-Filterung. Sodann erfolgt in Schritt 350 die eigentliche Filterung. Hier wird das transformierte Sensorbild (aus 300) mit der inversen Übertragungsfunktion aus 340 multipliziert und das Ausgangssignal im Ortsfrequenzbereich erhalten. Nach einer inversen 2D-Fourier-Transformation in Schritt 360 kann das Anzeigebild zur Anzeige gebracht werden oder einer Weiterverarbeitung zugeführt werden. Beispielhaft ist eine Anzeige als Bildsignal in 4 für den unteren Ring 102.1 dargestellt.In 7 is a first possibility of a concrete embodiment according to 5 of a method according to the invention, in which a sharp image, as in 4 shown is obtained. For this purpose, first the sensor image, as in 3 shown in a first step 300 transformed from the location area into the spatial frequency area. The transformation from the spatial domain into the spatial frequency domain is a 2D Fourier transform. Then the impulse response of the system (Point Spread Function) is determined. This happens in step 310 and can be done for example by trial recordings with objects in known or by means of geometric considerations. Then in step 320 the desired sharpness plane is selected and the impulse response of this focal plane is determined by scaling from the general impulse response. Subsequently, the impulse response in step 330 also transformed into the spatial frequency domain by 2D Fourier transform and the transfer function obtained. In step 340 follows the inversion or hardened inversion of the transfer function, for example by means of Wiener filtering. Then in step 350 the actual filtering. Here, the transformed sensor image (off 300 ) with the inverse transfer function 340 multiplied and obtained the output signal in the spatial frequency range. After an inverse 2D Fourier transform in step 360 the display image can be displayed or supplied for further processing. An example is a display as an image signal in 4 for the lower ring 102.1 shown.

Um einen kompletten Bereich, d. h. ein komplettes Höhenprofil, abzufahren, ist es vorteilhaft, einen Regelkreis, wie in 6 dargestellt, vorzusehen. In 7 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel angegeben, wobei gleiche Verfahrensschritte wie in 7 mit um 100 erhöhten Bezugsziffern gekennzeichnet sind. Wiederum wird ein Bildsignal ein Sensorbild mittels 2D-Fourier-Transformation vom Ortsbereich in den Ortsfrequenzbereich transformiert. Die Impulsantwort des Systems wird in Schritt 410 entsprechend Schritt 310 in 7 ermittelt. In Schritt 420 wird eine Ausgangsschärfenebene vorgegeben und die Impulsantwort darauf skaliert. Nach einer 2D-Fourier-Transformation 430 und einer Inversion 430, die entsprechend wie in 5 durchgeführt wird, folgt in Schritt 450 die Filterung des in Schritt 400 transformierten Sensorbildes mit der in 430 bestimmten inversen Übertragungsfunktion. Dieses Ergebnis wird in Schritt 460 in den Ortsbereich zurücktransformiert. Dieses Ergebnis wird einer Segmentierung und Kantenerkennung zugeführt (Schritt 470). Durch die Segmentierung wird das Bild aufgeteilt und ein spezielles Objekt, das im weiteren bearbeitet wird, ausgewählt. Die Schärfeerkennung kann mittels Analyse des Spektrums oder beispielsweise durch dem Stand der Technik entsprechende Kantenerkennungsverfahren wie Laplace-Filterung oder Gradienten-Verfahren erfolgen. Wird eine scharfe Abbildung erkannt, so wird dem Objekt die ermittelte Höheninformation zugeordnet. Dies kann in der weiteren Verarbeitung oder zur Anzeige genutzt werden. Anschließend wird die Schärfenebene verändert und die Schritte 410–470 wiederholen sich, bis der vorgegebene Höhenbereich vollständig abgetastet ist.In order to drive a complete area, ie a complete height profile, it is advantageous to have a control loop, as in 6 presented to provide. In 7 a concrete embodiment is given, wherein the same method steps as in 7 with around 100 are denoted by reference numerals. Again, an image signal, a sensor image is transformed by 2D Fourier transform from the local area in the spatial frequency range. The impulse response of the system is in step 410 according to step 310 in 7 determined. In step 420 An output focus level is specified and the impulse response is scaled to it. After a 2D Fourier transformation 430 and an inversion 430 , as appropriate in 5 is performed, follows in step 450 the filtering of in step 400 transformed sensor image with the in 430 certain inverse transfer function. This result will be in step 460 transformed back into the local area. This result is fed to a segmentation and edge detection (step 470 ). Segmentation splits the image and selects a specific object to be edited. The sharpness detection can be done by analysis of the spectrum or, for example, by the prior art corresponding edge detection methods such as Laplace filtering or gradient method. If a sharp image is detected, then the determined height information is assigned to the object. This can be used in further processing or for display. Then the focus plane is changed and the steps 410 - 470 Repeat until the specified altitude range is completely scanned.

In 9 ist ein Beispiel einer Impulsantwort einer Übertragungsstrecke im Ortsbereich gezeigt.In 9 an example of an impulse response of a transmission link in the local area is shown.

Von der eigentlich als Matrix vorliegenden Impulsantwort wird aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die erste Zeile dargestellt. Da der Laminographie-Effekt nur in Bewegungsrichtung auftritt, können die Querkomponenten der Impulsantwort vernachlässigt werden.For reasons of clarity, only the first line is represented by the impulse response actually present as a matrix. Since the laminography effect occurs only in the direction of movement, the transverse components of the impulse response can be neglected.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2008/0037847 A1 [0009, 0010]
US 2008/00378471 A1 [0009, 0010]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"Food Technology Magazine, April 2008, pages 34-35" [0002]
S. Gondrom and S. Schröpfer: "Digital computed laminography and tomosynthesis-functional principles and industrial applications", Proceedings of International Symposium on Computed Tomography and Applications, Berlin, Germany, 1999 [0007]
MATSUO, H. "Three Dimensional Image Reconstruction by Digital Tomo Synthesis Using Inverse Filtering" in IEEE Transactions on Medical Imaging 12 (2), 1993. 307-313 [0011]
AD Popularikas (ed): The Transforms and Applications Handbook, CRC Press, 1996 [0021]
RC Gonzáles and RE Woods: Digital Image Processing Prentice Hall 2008 [0021]
VK Madisetti and DB Williams (ed): The Digital Signal Processing Handbook, CRC Press, 1998 [0021]
MATSUO, H. "Three Dimensional Image Reconstruction by Digital Tomo-Synthesis Using Inverse Filtering" in IEEE Transactions on Medical Imaging 12 (2), 1993. 307-313 [0033]

Claims

Method for determining three-dimensional information from one using a multi-line sensor ( 20 ) with an TDI X-ray scanner or X-ray system recorded X-ray image of an object, comprising the following steps: - it is using the multi-line sensor ( 20 ) recorded a plurality of X-ray images of an object, wherein an image or charges of a multi-line sensor ( 20 ) is moved relative to the object; The plurality of X-ray images become a sensor image ( 200.1 . 200.2 . 200.3 superimposed; - it becomes a sharpening plane ( 210.3 . 210.1 ) - it is determined whether the object is in the focus plane ( 210.3 . 210.1 ) is displayed sharply, resulting in a height information of the object ( 102.1 . 102.2 . 102.3 )

Method according to claim 1, characterized in that - The object is moved relative to the fixed sensor or The sensor relative to the fixed object or - the object and the sensor are moved.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that a sharpening plane ( 210.3 . 210.1 ) and determines an impulse response ( 320 . 420 . 1000 ) is made available for this purpose

A method according to claim 3, characterized in that a display image is filtered from a sensor image by inverse filtering with the modified impulse response of the system and then provided for display or further processing.

Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that a Fourier transform, in particular 2D Fourier transform ( 300 . 400 ) with the inverse ( 340 . 440 ) of the Fourier transform ( 330 . 430 ) of the impulse response ( 310 . 410 multiplied ( 350 . 450 ) and subsequently inversely Fourier-transformed, in particular 2D Fourier-transformed ( 360 . 460 ), resulting in a display image.

A method according to claim 5, characterized in that a modified inversion of the Fourier transform H (f _x , f _y ) with a function

is carried out.

A method according to claim 6, characterized in that the parameter K of the noise power density N (f _x , f _y ) corresponds, so that W (f _x , f _y ) represents a Wiener filtering.

Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that with the aid of the display image or the values of the display image, a sharpness level ( 470 ) of the object is adjusted by a control.

Device for determining three-dimensional information by means of X-ray radiation using - an X-ray light source ( 3 ) for the transillumination of an object ( 102.1 . 102.2 . 102.3 ); A multi-line sensor ( 20 ) for taking an image of the object; characterized in that the device comprises a device for determining a display image on the basis of a focus plane, in particular with a method according to claims 1 to 8.

Use of the method according to one of claims 1 to 8 for: - initial control in the food industry; - Determination of the altitude in multi-layer product streams; - Foreign body determination, especially when shooting in the security area.