DE102004030585A1

DE102004030585A1 - System und Verfahren für eine parallele Bildrekonstruktion mehrerer Tiefenschichten eines Prüfobjekts von radiografischen Bildern

Info

Publication number: DE102004030585A1
Application number: DE102004030585A
Authority: DE
Inventors: Stanley T. Palo Alto Jefferson
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2005-04-07
Also published as: US7330528B2; CN1584931A; US20050041781A1

Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren bereitgestellt, die eine parallele Bildrekonstruktion mehrerer Tiefenschichten eines Objekts ermöglichen. Im einzelnen werden ein System und Verfahren bereitgestellt, bei denen Pixel für ein Objekt erfasst werden und diese Pixel verarbeitet werden, um Voxel für mehrere Tiefenschichten des Objekts parallel zu rekonstruieren. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Rekonstruktionsprozessor zumindest ein Eingangstor zum Empfangen von Pixeln eines radiografischen Bildes eines Objekts und zumindest ein Eingangstor zum Empfangen von Positionsdaten, die einem empfangenen Pixel zugeordnet sind. Er umfasst ferner eine Verarbeitungslogik, die wirksam ist, um zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten eines empfangenen Pixels ein erstes und ein zweites Voxel einer ersten und einer zweiten Schicht des Objekts, zu denen das empfangene Pixel beiträgt, zu bestimmen, und die ferner wirksam ist, um den Beitrag des empfangenen Pixels parallel auf das erste und das zweite Voxel anzuwenden.

Description

Diese vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Bildverarbeitung und insbesondere auf ein tomografisches System und Verfahren zum Verarbeiten von Bilddaten, die durch eine radiografische Abbildungstechnik, z.B. Kegelstrahltomografie, erfasst werden, um aus denselben Querschnittsbilddaten zu rekonstruieren, wobei ein derartiges Verarbeiten mehrere Tiefenschichten eines abgebildeten Objekts parallel rekonstruiert.

Die Technik des Rekonstruierens eines Querschnittsbildes eines Objekts aus mehreren Projektionen wird im Groben als Tomographie bezeichnet. Wenn eine derartige Rekonstruktion eines Querschnittsbildes mit Hilfe einer prozessorbasierten Vorrichtung (oder eines „Computers") durchgeführt wird, wird die Technik im Groben als Computertomographie (oder computerisierte Tomographie) (CT) bezeichnet. Bei einer typischen beispielhaften Anwendung projiziert eine Strahlungsquelle eine Strahlung der Röntgen-Wellenlänge durch ein Objekt auf ein elektronisches Sensorarray (bzw. „Detektor"-Array). Durch Liefern einer relativen Bewegung zwischen einem oder mehreren des Objekts, der Quelle und des Sensorarrays werden mehrere Ansichten erhalten. Ein Bild einer Scheibe bzw. eines Schnittes durch das Objekt oder ein dreidimensionales Bild („3D-Bild") des Objekts kann anschließend durch eine Verwendung von entsprechenden mathematischen Transformierten der mehreren Ansichten angenähert werden. Das heißt, dass Querschnittsbilder eines Objekts rekonstruiert werden können, und bei bestimmten Anwendungen können derartige Querschnittsbilder kombiniert werden, um ein vollständiges 3D-Bild des Objekts zu erzeugen.

Die vielleicht bekannteste praktische Anwendung der Tomographie ist der Scanner der medizinischen Computertomographie (CT-Scanner, auch als computergestützte Tomographie oder computerisierte axiale Tomographie (CAT) bezeichnet). Beispielsweise wird eine Querschnittsbildrekonstruktion aus radiographischen (z. B. Röntgenstrahlen-) Bildern üblicherweise bei medizinischen Anwendungen verwendet, um ein Querschnittsbild (und/oder eine 3D-Ansicht) des menschlichen Körpers oder eines Teils des menschlichen Körpers aus Röntgenstrahlenbildern zu erzeugen. Bei diesen Anwendungen ist die Geschwindigkeit der Rekonstruktion der Querschnittsbilder traditionell nicht sehr wichtig. Während sich jedoch medizinische Prozeduren weiterentwickeln, beginnen bestimmte medizinische Anwendungen, eine schnelle Rekonstruktion von Querschnittsbildern zu wünschen. Beispielsweise wird bei medizinischen Verfahren, z. B. bei vielen elektrophysiologischen Herzverfahren, bei Periphergefäßverfahren, bei der perkutanten transluminalen Katheterangioplastik-Verfahren (PTCA-Verfahren), bei urologischen Verfahren und bei orthopädischen Verfahren, eine Echtzeit-Röntgenstrahlenabbildung zunehmend erwünscht.

Tomographie ist auch bei einer automatisierten Prüfung von industriellen Produkten von Interesse. Beispielsweise wird bereits eine Rekonstruktion von Querschnittsbildern aus radiographischen (z. B. Röntgenstrahlen-) Bildern bei Qualitätskontrollprüfsystemen zum Prüfen eines Erzeugnisses, z. B. von elektronischen Vorrichtungen (z. B. Anordnungen gedruckter Schaltungsplatinen), verwendet. Das heißt, dass Tomographie bei einem automatisierten Prüfsystem verwendet werden kann, um Bilder einer oder mehrerer Ebenen (die hierin als „Tiefenschichten" oder „Querschnitte" bezeichnet werden können) eines zu studierenden Objekts zu rekonstruieren, um die Qualität des Objekts (oder eines Teils desselben) zu bewerten. Beispielsweise kann eine Anordnung gedruckter Schaltungsplatinen (oder eines anderen zu studierenden Objekts) verschiedene Tiefenschichten aufweisen, die für eine Prüfung von Interesse sind. Als relativ einfa ches Beispiel kann eine Anordnung von doppelseitigen gedruckten Schaltungsplatinen auf beiden Seiten der Platine Lötverbindungen umfassen. Somit kann jede Seite der Schaltungsplatinenanordnung, auf der die Lötverbindungen angeordnet sind, eine separate Tiefenschicht der Platine aufweisen. Ferner kann die Schaltungsplatinenanordnung Oberflächenmontagevorrichtungen (z. B. ein Kugelrasterarray aus Lötmaterial) auf seinen beiden Seiten aufweisen, was zu weiteren Tiefenschichten der Platine führt, die von Interesse sein können.

Das Prüfobjekt kann aus diversen unterschiedlichen Blickwinkeln abgebildet werden (z. B. durch ein Belichten mit Röntgenstrahlen bei diversen unterschiedlichen Winkeln), was zu radiographischen Bildern des Objekts führt, und derartige radiographische Bilder können verarbeitet werden, um ein Bild einer Tiefenschicht (oder „Scheibe") des Objekts zu rekonstruieren. Das heißt, dass Röntgenstrahlen von einer Röntgenstrahlenquelle unter diversen unterschiedlichen Blickwinkeln auf ein Prüfobjekt angewendet werden können, und Detektoren, die auf der Seite des Objekts gegenüber der Röntgenstrahlenquelle angeordnet sind, können die Röntgenstrahlen empfangen und die Röntgenstrahlendurchlässigkeit bzw. den Röntgenstrahlentransmissionsgrad des Objekts messen. Derartige Meßinformationen können durch die radiographische Abbildungseinrichtung als digitale Informationen (z. B. Daten, die „Pixel" des Objekts darstellen) ausgegeben werden. Derartige Daten eines radiographischen Bildes (Pixel) können in eine Bildrekonstruktionsvorrichtung eingegeben werden, die die Informationen verwendet, um Querschnittsbilder des Prüfobjekts zu rekonstruieren. Danach können die sich ergebenden Querschnittsbilder bei manchen Prüfsystemen Schicht um Schicht angezeigt werden, und/oder derartige Querschnittsbilder können verwendet werden, um eine vollständige 3D-Visualisierung des Prüfobjekts zu rekonstruieren.

Automatisierte Prüfsysteme, die eine Rekonstruktion von Querschnittsbildern eines Prüfobjekts aus radiographischen (z. B. Röntgenstrahlen-) Bildern, die für ein derartiges Objekt erfasst wurden, liefern, sind bisher nicht in der Lage, eine Qualitätsanalyse schnell genug zu liefern, um mit Fertigungsstraßen einer hohen Schlagzahl Schritt zu halten. Aufgrund der Kosten, Geschwindigkeit und/oder der Mechanik, die erforderlich ist, um mehrere radiographische Bilder (z. B. Bilder bei diversen unterschiedlichen Winkeln) zu erhalten und mehrere Querschnittsbilder zu berechnen, eignen sich viele der traditionellen Lösungsansätze in bezug auf Tomographie (z. B. diejenigen, die traditionell für medizinische Anwendungen verwendet werden, die keine schnelle Rekonstruktion erfordern) nicht für eine Herstellungsumgebung. Beispielsweise bewegt sich eine Montagestraße für gedruckte Schaltungsplatinen allgemein sehr schnell. Beispielsweise können gedruckte Schaltungsplatinen auf einer Fertigungsstraße nur Sekunden voneinander beabstandet sein, und um bei einer Produktionsumgebung ein automatisiertes Röntgenstrahlenprüfsystem zu implementieren, muss ein derartiges Prüfsystem sehr schnell sein. Im Idealfall erfolgt der Prüfvorgang in Echtzeit, als Bestandteil eines Rückkopplungssteuerungssystems für den Herstellungsprozess. Bei manchen Produktionsumgebungen besteht ein Bedarf, die Integrität von Zehntausenden von Lötverbindungen innerhalb einer Minute oder weniger zu überprüfen. In der Regel schränken derzeitige automatisierte Röntgenstrahlprüfsysteme die Geschwindigkeit, bei der eine Fertigungsstraße arbeiten kann, ein, und somit werden automatisierte Röntgenstrahlenprüfsysteme derzeit hauptsächlich zum Prüfen relativ spezialisierter, teurer Platinen verwendet, die üblicherweise in relativ geringen Mengen hergestellt werden und bei denen die Geschwindigkeit der Produktionsstraße nicht so wichtig ist. Selbstverständlich würden automatisierte Röntgenstrahlprüfsysteme tendenziell öfter verwendet werden, wenn sie schnell genug arbeiten könnten, um mit Fertigungsstraßen eines hohen Durchsatzes Schritt zu halten.

Bei der Röntgenstrahlenabsorptionstomographie können eine Anzahl von Abbildungstechniken auf eine Rekonstruktion von Querschnittsscheiben angewandt werden. Eine Abbildungstechnik ist als Laminografie bekannt. Bei der Laminografie werden die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorarray auf gezielte Weise relativ zu dem zu betrachtenden Objekt bewegt, so dass Abschnitte eines Objekts, die sich außerhalb einer ausgewählten Fokusebene befinden, an dem Detektorarray zu einem verschwommenen Bild führen (siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 4,926,452). Fokusebenenbilder werden in einem analogen Mittelwertsbildungsprozess rekonstruiert. Ein Beispiel eines Laminografiesystems, das für eine Elektronikprüfung verwendet werden kann, ist in der U.S.-Patentschrift Nr. 6,201,850 mit dem Titel „ENHANCED THICKNESS CALIBRATION AND SHADING CORRECTION FOR AUTOMATIC X-RAY INSPECTION" näher beschrieben.

Eine weitere Abbildungstechnik ist als Tomosynthese bekannt. Tomosynthese ist eine Annäherung an die Laminografie, bei der mehrere Projektionen (oder Ansichten) erfasst und kombiniert werden. Mit zunehmender Anzahl von Ansichten nähert sich das resultierende kombinierte Bild allgemein dem an, das unter Verwendung einer Laminografie mit derselben Geometrie erhalten wird. Ein Merkmal, das die Tomosynthese von der oben beschriebenen laminographischen Technik unterscheidet, besteht darin, dass Tomosynthese-Röntgenstrahlenbilder, die aus verschiedenen Richtungen (unterschiedlichen Blickwinkeln) erhalten werden, manipuliert werden können (z. B. können sie mit unterschiedlichen Raumverschiebungen überlappt werden, und ihre Helligkeit kann gemittelt werden), um eine Vielzahl von Querschnitten zu erzeugen. Mit anderen Worten kann ein Satz von Röntgenstrahlenbildern verwendet werden, um mehrere Querschnitte eines Prüfobjekts (z. B. Querschnitte des Objekts bei unterschiedlichen Höhen) zu erhalten. Die Tomosynthese kann als analoges Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise indem Lagen eines belichteten Films übereinandergelegt werden. Statt dessen kann die Tomosynthese auch als digitales Verfahren durchgeführt werden. Bei der digitalen Tomosynthese werden die einzelnen Ansichten in Pixel unterteilt und über eine Computersoftware digitalisiert und kombiniert.

Die dreidimensionale (3D-) Computertomographie weist das Potential einer genaueren Bildrekonstruktion auf als die Laminografie oder Tomosynthese, was jedoch auf Kosten der Geschwindigkeit geht (Berechnungszeit). Die dreidimensionale Computertomographie erfordert üblicherweise viele Projektionen und ist rechentechnisch aufwendig. Ein Lösungsansatz bezüglich einer computergestützten 3D-Tomographie besteht darin, eine Röntgenstrahlenquelle, die einen kegelförmigen 3D-Strahlenausgang aufweist, auf einer Seite eines zu betrachtenden Objekts zu positionieren und ein zweidimensionales (2D-) Array von Detektoren (z. B. ladungsgekoppelte Vorrichtungen („CCDs" – charged-coupled devices) auf der gegenüberliegenden Seite des zu betrachtenden Objekts zu positionieren und die Quelle/das Array relativ zu dem Objekt synchron zu bewegen. Es gibt viele mögliche Bewegungspfade. Zum Zweck einer vollständigen Rekonstruktion eines willkürlichen Objekts muss der Bewegungspfad das Objekt umrunden. Beispielsweise kann die Quelle um das zu betrachtende Objekt herumbewegt werden, oder die Quelle kann an einem spiralförmigen Pfad oder an einem anderen Pfad entlang einem Zylinder, der das zu betrachtende Objekt umgibt, bewegt werden. Dieser Lösungsansatz, der als Kegelstrahltomographie bezeichnet wird, ist in vielen Fällen für ein Rekonstruieren von 3D-Bildern bevorzugt und ist aufgrund der sich ergebenden Bildqualität potentiell für eine Analyse (z. B. für eine Analyse einer elektronischen Anordnung) bevorzugt.

Ein theoretischer mathematischer Lösungsansatz bezüglich eines Rekonstruierens eines Objekts aus seinen Projektionen wurde 1917 von J. Radon entwickelt, und die grundlegenden Transformierten werden nun als Radon-Transformierte bezeichnet. In jüngerer Zeit schlugen Forscher verschiedene Verfahren für eine Kegelstrahlrekonstruktion vor. Siehe beispielsweise:

A. K. Louis und F. Natterer, „Mathematical Problems of Computerized Tomography", Proceedings of the IEEE, Bd. 71, Nr. 3, S. 379 – 389 (März 1983);
R. M. Lewitt, „Reconstruction Algorithms: Transform Methods", Proceedings of the IEEE, Bd. 71, Nr. 3, S. 390 – 408 (März 1983);
Y. Censor, „Finite Series-Expansion Reconstruction Methods", Proceedings of the IEEE, Bd. 71, Nr. 3, S. 409 – 419 (März 1983);
B. D. Smith, „Cone-beam tomography: recent advances and a tutorial review", Optical Engineering, Bd. 29, Nr. 5, S. 524 – 534 (Mai 1990); und
C. Jacobson, „Fourier Methods in 3D-Reconstruction from Cone-Beam Data", Dissertation, Dissertation Nr. 427, Department of Electrical Engineering, Linkoping University, Linkoping, Schweden (1996).

Im allgemein beinhaltet jedes der obigen Verfahren verschiedene Kompromisse zwischen z. B. Bildqualität (Annäherungen, Rauschen, Unschärfe und Artefakte) und Rechenzeit und der Schwierigkeit, die benötigten Ansichten zu erhalten.

Die Kegelstrahlverfahren führen üblicherweise zu einem Satz von planaren Bildern. In der Regel wird eine Art rechteckiges Detektorarray verwendet, das einen Satz von Pixeln erfasst, die statt entlang einer einzigen Linie auf einer Ebene zugewiesen sind. Vor der Entwicklung der Kegelstrahlverfahren erfassten Abbildungstechniken, z. B. die hinreichend bekannten Fächerstrahlverfahren, lediglich eindimensionale („1D"-) Projektionen. Bei den Kegelstrahlverfahren, die ein Detektorarray verwenden, werden 2D-Bilder erfasst. Die 2D-Bilder, die erfasst werden, sind mit denen vergleichbar, die durch Digitalkameras erfasst werden, wobei eine Matrix von Pixeln für ein abgebildetes Objekt erfasst wird. Die erfassten 2D-Bilder können anschließend verarbeitet werden, um sie zu kombinieren (z. B. unter Verwendung einer Rückprojektionstechnik), um das zu prüfende 3D-Objekt (oder einen Teil desselben) zu rekonstruieren.

Tomographische Techniken, z. B. Tomosynthese oder 3D-Computertomographie, erfordern in der Regel viele 2D-Bildprojektionen (bei vielen unterschiedlichen Blickwinkeln) und sind bezüglich eines Rekonstruierens von 3D-Bildern aus den 2D-Bilddaten in der Regel rechentechnisch aufwendig. Demgemäß kann bei einem Tomographiesystem eine unerwünscht große Menge an Datenspeicherkapazität zum Speichern der großen Menge an erfassten 2D-Bilddaten (Pixel) erforderlich sein, und die Effizienz des Verarbeitens der 2D-Bilddaten zum Rekonstruieren der 3D-Bilddaten wird zu einem Problem.

Die meisten radiographischen Abbildungssysteme, die traditionell für eine Prüfung verwendet werden, sind analoge Geräte, z. B. die für die oben beschriebenen Laminografietechniken verwendeten. Ohne bedeutende Aufrüstungen dieser analogen Abbildungssysteme ist es unwahrscheinlich, dass sie die Bildverarbeitungsgeschwindigkeit, die für Produktionsumgebungen eines hohen Durchsatzes erwünscht sind, erreichen können. Dementsprechend fängt man damit an, bei Prüfsystemen Abbildungssysteme auf Digitalbasis zu verwenden, beispielsweise das oben beschriebene Kegelstrahltomographiesystem. Abbildungssysteme auf Digitalbasis erzeugen in der Regel eine enorme Menge an Bilddaten, die verwaltet und verarbeitet werden muss, um eine Rekonstruktion von Querschnittsbildern durchzuführen. Demgemäß besteht ein Wunsch nach einer kosteneffizienten Technik, die in der Lage ist, die Bilddaten auf effiziente Weise auf der Grundla ge eines derartigen Abbildungssystems auf Digitalbasis zu verarbeiten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren, einen Rekonstruktionsprozessor sowie ein System mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 11, durch einen Rekonstruktionsprozessor gemäß Anspruch 16 sowie durch ein System gemäß Anspruch 22 gelöst.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und Verfahren, die eine parallele Bildrekonstruktion von mehreren Tiefenschichten eines Prüfobjekts ermöglichen. Insbesondere sind ein System und Verfahren vorgesehen, bei denen Bilddaten (Pixel) für ein Objekt (z.B. eine Region desselben) erfasst werden und diese Bilddaten verarbeitet werden, um Querschnittsbilddaten für mehrere Tiefenschichten des Objekts parallel zu rekonstruieren.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern eines Objekts von radiografischen Bildern des Objekts vorgesehen. Das Verfahren umfasst ein Empfangen von Pixeln eines radiografischen Bildes eines Objekts an einem Bildrekonstruktionsprozessor, der wirksam ist, um die empfangenen Pixel zu verarbeiten, um Querschnittsbilder des Objekts zu rekonstruieren, wobei die Verarbeitung durch den Bildrekonstruktionsprozessor unabhängig von der Reihenfolge ist, in der die Pixel empfangen werden. Das Verfahren umfasst ferner, dass, für zumindest ein erstes empfangenes Pixel, der Bildrekonstruktionsprozessor eine Mehrzahl von Voxeln bestimmt, zu denen zumindest ein erstes empfangenes Pixel beiträgt, und dass der Bildrekonstruktionsprozessor einen Beitrag zumindest eines ersten Pixels auf die Mehrzahl von Voxeln parallel anwendet.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern eines Objekts von radiografischen Bildern des Objekts vorgesehen, das ein Empfangen zumindest eines Pixels eines radiografischen Bildes eines Objekts an einem Bildrekonstruktionsprozessor umfasst. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen von zugeordneten Positionsdaten für das zumindest eine Pixel an dem Bildrekonstruktionsprozessor. Das Verfahren umfasst ferner, dass der Bildrekonstruktionsprozessor auf der Basis zumindest eines Teils der empfangenen Positionsdaten ein erstes Voxel einer ersten Schicht des Objekts bestimmt, zu dem das zumindest eine Pixel beiträgt, und dass der Bildrekonstruktionsprozessor zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten ein zweites Voxel einer zweiten Schicht des Objekts bestimmt, zu dem zumindest ein Pixel beiträgt. Das Verfahren umfasst ferner, dass der Bildrekonstruktionsprozessor den jeweiligen Beitrag zumindest eines Pixels auf das erste Voxel und das zweite Voxel parallel anwendet.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Rekonstruktionsprozessor zumindest ein Eingangstor zum Empfangen von Pixeln eines radiografischen Bildes eines Objekts auf. Der Rekonstruktionsprozessor weist ferner zumindest ein Eingangstor zum Empfangen von Positionsdaten, die einem empfangenen Pixel zugeordnet sind, auf. Der Rekonstruktionsprozessor weist ferner eine Bildverarbeitungslogik auf, die wirksam ist, um zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten eines empfangenen Pixels ein erstes Voxel einer ersten Schicht des Objekts und ein zweites Voxel einer zweiten Schicht des Objekts, zu denen das empfangene Pixel beiträgt, zu bestimmen, wobei die Bildverarbeitungslogik wirksam ist, um den jeweiligen Beitrag des empfangenen Pixels zu dem ersten Voxel und dem zweiten Voxel parallel anzuwenden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern eines Objekts von radiografischen Bildern des Objekts vorgesehen. Das System umfasst eine Einrichtung zum Erfassen von Pixeln eines Objekts, wobei die Einrichtung zum Erfassen eine nicht zusammenhängende Sensoranordnung aufweist. Das System umfasst ferner eine Einrichtung _ zum Verarbeiten eines durch die Erfassungseinrichtung erfassten Pixels, um mehrere Schichten des Objekts parallel zu rekonstruieren.

Im Vorstehenden wurden die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung grob umrissen, damit die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung besser verständlich wird. Im folgenden werden zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung beschrieben, die den Gegenstand der Patentansprüche der Erfindung bilden. Fachleute sollten erkennen, dass das offenbarte Konzept und spezifische Ausführungsbeispiel ohne weiteres als Grundlage zum Modifizieren oder Entwerfen anderer Strukturen zum Ausführen derselben Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Fachleute sollten ferner erkennen, dass derartige äquivalente Konstruktionen nicht von der Wesensart und dem Schutzumfang der Erfindung, wie sie bzw. er in den beigefügten Patentansprüchen dargelegt ist, abweichen. Die neuartigen Merkmale, die als für die Erfindung charakteristisch gehalten werden, sowohl in bezug auf ihre Organisation als auch auf ihre Funktionsweise, werden zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen aus der folgenden Beschreibung besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren betrachtet werden. Es wird jedoch ausdrücklich betont, dass jede der Figuren lediglich zu Veranschaulichungs- und Beschreibungszwecken geliefert wird und keine Definition der Grenzen der vorliegenden Erfindung darstellen soll.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A und 1B eine schematische Darstellung einer beispielhaften Geometrie eines digitalen Tomosynthesesystems, die bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
2A ein kubisches Objekt, das in 125 (5 × 5 × 5) kubische Volumenelemente bzw. Voxel identischer Größe unterteilt wurde;
2B zwei Querschnittsschichten von Voxeln für das Objekt der 2A;
2C ein exemplarisches radiografisches Abbildungssystem, das zum Erfassen radiografischer Bilder eines Objekts verwendet werden kann, die zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verarbeitet werden können;
3A bis 3D beispielhafte Querschnittsbilder, die anhand eines 3D-Rekonstruktionsprozesses für ein Musterobjekt erzeugt werden können;
4 eine exemplarische Anordnung gedruckter Schaltungsplatinen, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung geprüft werden können;
5 ein beispielhaftes Blockdiagramm auf hoher Ebene einer bevorzugten Implementierung einer Rekonstruktionsprozessoreinheit eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
6 ein Blockdiagramm einer exemplarischen Implementierung des Rekonstruktionsprozessors der 5 in mehr Einzelheiten;
7 eine exemplarische Übersicht einer Prüfsystemkonfiguration, bei der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung implementiert sein können;
8 eine exemplarische Systemkonfiguration, in der zwei Rekonstruktionsprozessoren zum Hochskalieren der Anzahl von verwendeten Rekonstruktionsspeichern enthalten sind;
9 eine exemplarische Systemkonfiguration, in der zwei Rekonstruktionsprozessoren und zwei Eingangspixelbusse zum Hochskalieren der Anzahl von verwendeten Pixeleingangsbussen enthalten sind; und
10A–10C beispielhafte, nicht zusammenhängende Sensoranordnungen, die zum Erfassen von Bilddaten (Pixeln), die durch den Rekonstruktionsprozessor bestimmter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verarbeitet werden sollen, implementiert sein können.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine effiziente Verarbeitung von radiografischen Bildern eines zu studierenden Objekts zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern eines derartigen Objekts. Vorzugsweise ist eine Bildrekonstruktionsvorrichtung (z.B. ein „Rekonstruktionsprozessor") vorgesehen, die beispielsweise in einem automatisierten Prüfsystem zum Prüfen von Produkten (z.B. Schaltungsplatinen), die auf einem Montageband hergestellt werden, zur Qualitätskontrolle derartiger Produkte implementiert sein kann. Bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine ausreichend schnelle Rekonstruktion von Querschnittsbildern eines Prüfobjekts, so dass ein automatisiertes Prüfsystem, bei dem die Bildrekonstruktionsvorrichtung implementiert ist, in der Lage ist, mit Hochgeschwindigkeits-Fertigungsstraßen Schritt zu halten. Wie nachstehend näher beschrieben wird, ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine parallele Rekonstruktion von Bildern von mehreren Tiefenschichten eines Objekts. Wenn beispielsweise ein Pixel eines radiografischen Bildes in der Bildrekonstruktionsvorrichtung gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung empfangen wird, bestimmt diese Bildrekonstruktionsvorrichtung zumindest ein Voxel für jede einer Mehrzahl von verschiedenen Tiefenschichten, zu dem das empfangene Pixel beiträgt, und wendet diesen Beitrag des Pixels parallel an jede der Mehrzahl von verschiedenen Tiefenschichten an.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die nachstehend näher beschrieben werden, können radiografische Bilder (z.B. Röntgenstrahlenbilder) eines Prüfobjekts durch ein radiografisches Abbildungssystem erfasst werden, und derartige radiografische Bilder werden verarbeitet, um Querschnittsbilder des Objekts zu rekonstruieren. Vorzugsweise wird ein radiografisches Abbildungssystem auf Digitalbasis, z.B. ein Kegelstrahltomografie-Abbildungssystem, verwendet, um radiografische Bilder eines Prüfobjekts zu erfassen, wobei ein derartiges radiografisches Abbildungssystem auf Digitalbasis Bilder in digitaler Form (d.h. „Pixel") ausgibt. Allgemein rekonstruiert die digitale Tomosynthese rechnerisch einen Querschnitt eines 3D-Bildes ausgehend von mehreren Übertragungsbildern, die aus verschiedenen Winkeln aufgenommen wurden. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise in einem digitalen Tomosynthesesystem implementiert, um Voxel eines Objekts ausgehend von den erfassten radiografischen Bildern (Pixeln) auf effiziente Weise zu rekonstruieren (z.B. um Querschnittsbilder zu erzeugen).
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden die erfassten radiografischen Bilder eines Objekts in eine Bildrekonstruktionsvorrichtung eingegeben, um ausgehend von diesen radiografischen Bildern eine Mehrzahl von Querschnittsbildern des Prüfobjekts zu rekonstruieren. wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, rekonstruiert eine derartige Bildrekonstruktionsvorrichtung die Mehrzahl _ von Querschnittsbildern (die mehreren Tiefenschichten des Objekts entsprechen) vorzugsweise parallel, wodurch die Querschnittsbilder auf effiziente Weise rekonstruiert werden. Insbesondere verarbeitet die Bildrekonstruktionsvorrichtung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wenn jedes Pixel eines erfassten radiografischen Bildes durch die Bildrekonstruktionsvorrichtung empfangen wird, dieses Pixel für mehrere Tiefenschichten (oder „Querschnitte") des Objekts parallel. Beispielsweise bestimmt die Bildrekonstruktionsvorrichtung für ein empfangenes Pixel vorzugsweise parallel den Beitrag, den dieses Pixel zu jeder von mehreren Schichten des Prüfobjekts leistet. Somit werden mehrere Querschnitte insofern parallel rekonstruiert, als ein Beitrag eines Pixels zu jedem dieser mehreren Querschnitte parallel auf die mehreren Querschnitte angewendet wird. Bei bestimmten Anwendungen kann die Mehrzahl von rekonstruierten Querschnittsbildern verwendet werden, um ein vollständiges 3D-Bild des Prüfobjekts (oder zumindest eines Teils des Objekts) zu konstruieren.
Ein paralleles Verarbeiten jedes Pixels für mehrere Tiefenschichten gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liefert mehrere Vorteile. Erstens ermöglicht es eine effizientere Rekonstruktion von Querschnittsbildern eines Prüfobjekts. Im Gegensatz zu einer Verwendung von empfangenen Pixeln, um zuerst eine erste Schicht zu konstruieren und dann später diese Pixel erneut zu erfassen und/oder erneut zu verwenden, um eine zweite Schicht zu rekonstruieren, kann ein empfangenes Pixel parallel auf mehrere Schichten angewendet werden, wodurch das Erfordernis, dieses Pixel für die mehreren Schichten seriell erneut zu er fassen und/oder erneut zu verarbeiten, entfällt. Wie nachstehend beschrieben wird, ermöglichen beispielsweise bestimmte Ausführungsbeispiele, dass die Rekonstruktion in Echtzeit durchgeführt wird. Ferner kann die Parallelverarbeitungstechnik von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Menge an Bilddaten, die für den Rekonstruktionsprozess gespeichert werden muss, verringern. Beim Verwenden eines radiografischen Systems auf Digitalbasis besteht in der Regel ein Hauptanliegen darin, wie mit der riesigen Menge an Bilddaten, die erfasst werden, umgegangen werden soll. Parallelverarbeitungstechniken von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Bilddatenmenge, die während des Rekonstruktionsprozesses gespeichert wird, verringern, da, wenn ein Pixel empfangen wird, sein Beitrag zu mehreren Schichten parallel bestimmt werden kann, und danach das Pixel nicht zurückbehalten werden muss (wie dies der Fall wäre, wenn es für eine spätere Rekonstruktion bestimmter Schichten benötigt würde).
Ferner liefert ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Bildrekonstruktionsvorrichtung, die insofern generisch ist, als sie mit beliebigen diversen unterschiedlichen radiografischen Abbildungssystemkonfigurationen verwendet werden kann, und/oder als beliebige diverse unterschiedliche Bildverarbeitungstechniken zum Verarbeiten empfangener Bildpixel, um Querschnittsbilder zu rekonstruieren, in derselben implementiert sein können. Diverse unterschiedliche Konfigurationen eines radiografischen Abbildungssystems zum Abbilden eines Prüfobjekts sind bekannt. Als Beispiele sind diverse unterschiedliche Abtastwege (oder Schrittmuster) zum Abbilden eines Prüfobjekts bekannt, und diverse unterschiedliche Anordnungen von Detektorarrays sind bekannt. Eine parallele Rekonstruktion mehrerer Tiefenschichten wird für verschiedene implementierte Rekonstruktionsprozesse (z.B. Rückprojektion oder Verschieben-Und-Hinzufügen-Algorithmus) ermöglicht. Das heißt, dass eine derartige parallele Rekonstruktion nicht von einem spezifischen Rekonstruktionsprozess oder einer spezifischen Abbildungssystemkonfiguration abhängig ist, sondern statt dessen kann jegliche r) von vielen verschiedenen tomosynthetischen Rekonstruktionsprozessen und Abbildungssystemkonfigurationen verwendet werden.
Die wünschenswerteste Konfiguration eines radiografischen Abbildungssystems (z.B. der wünschenswerteste Abtastweg und/oder die wünschenswerteste Detektorarrayanordnung) kann für verschiedene Arten von geprüften Objekten variieren (z.B. von einem Typ einer geprüften Schaltungsplatine zu einem anderen). Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert eine Bildrekonstruktionsvorrichtung, die wirksam ist, um für jegliche von diversen unterschiedlichen radiografischen Abbildungssystemkonfigurationen eine effiziente Bildrekonstruktion (z.B. unter Verwendung einer parallelen Rekonstruktion von mehreren Querschnitten) zu liefern. Somit ist die Funktion der Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels nicht von einer bestimmten radiografischen Abbildungssystemkonfiguration (z.B. einem jeweiligen Abtastweg, einer jeweiligen Detektorarrayanordnung usw.) abhängig, um eine parallele Rekonstruktion mehrerer Querschnitte zu liefern. Vielmehr ist, wie nachstehend näher beschrieben wird, die Bildrekonstruktionsvorrichtung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wirksam, um willkürliche Pixel (d.h. Pixel in einer beliebigen Reihenfolge) von einem radiografischen Abbildungssystem zu empfangen, die Voxel jedes einer Mehrzahl von Querschnitten, zu denen ein empfangenes Pixel beiträgt, zu bestimmen und den jeweiligen Beitrag eines derartigen Pixels auf jedes der bestimmten Voxel anzuwenden. Somit ist der parallele Rekonstruktionsprozess eines bevorzugten Ausführungsbeispiels nicht von einer spezifischen Reihenfolge abhängig, in der Pixel von einem radiografischen Abbildungssystem empfangen werden, sondern kann statt dessen für beliebige diverse unterschiedliche radiografische Abbildungsprozesse (z.B. jegliche diverse unterschiedliche Abtastwege) durchgeführt werden. Dementsprechend muss das radiografische Abbildungssystem nicht auf eine bestimmte Weise konfiguriert sein, um eine parallele Verarbeitung durch die Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels zu ermöglichen, sondern statt dessen können beliebige diverser unterschiedlicher radiografischer Abbildungssystemkonfigurationen, die digitale Bilddaten (Pixel) für ein Prüfobjekt ausgeben, in Verbindung mit der Bildrekonstruktionsvorrichtung verwendet werden. Die Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist ausreichend flexibel, um eine parallele Verarbeitung für beliebige diverser unterschiedlicher radiografischer Abbildungssystemkonfigurationen durchzuführen.
Ferner können bei der Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beliebige diverser unterschiedlicher Bildverarbeitungstechniken zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern implementiert sein. Beispielsweise sind in der Technik diverse Rückprojektions- und andere tomosynthetische Bildverarbeitungstechniken bekannt, und jegliche einer Mehrzahl von unterschiedlichen Typen von Bildverarbeitungstechniken können an der Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels implementiert sein. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist beispielsweise wirksam, um ein Pixel (z.B. ein willkürliches Pixel, wie oben erwähnt) von einem radiografischen Abbildungssystem zu empfangen, die Voxel jedes einer Mehrzahl von Querschnitten, zu denen das empfangene Pixel beiträgt, zu bestimmen und eine gewünschte Bildverarbeitungstechnik (z.B. eine Rückprojektions- oder Verschieben-Und-Hinzufügen-Technik usw.) zu verwenden, um den jeweiligen Beitrag eines derartigen Pixels auf jedes der bestimmten Voxel anzuwenden. Somit ist der parallele Rekonstruktionsprozess eines bevorzugten Ausführungsbeispiels nicht von einer spezifischen Bildverarbeitungstechnik abhängig, die zum Durchführen der Rekonstruktion verwendet wird, sondern kann statt dessen unter Verwendung beliebiger einer Mehrzahl unterschiedlicher Typen von Rekonstruktionsprozessen (z.B. unterschiedlicher Typen von Rückprojektionstechniken, Verschieben-Und-Hinzufügen-Techniken usw.) durchgeführt werden. Somit liefern Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine allgemeine Lösung, die beliebige diverser unterschiedlicher Typen von Bildverarbeitungstechniken implementieren kann (z.B. beliebige von diversen unterschiedlichen Rekonstruktionstechniken auf Rückprojektionsbasis, wie z.B. eine beliebige auf Rückprojektion basierte Rekonstruktionstechnik, die bei den Rückprojektion-Blöcken 604A und 604B, die nachfolgend in Verbindung mit 6 beschrieben werden, wirksam ist).
Angesichts des Vorstehenden liefert ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine generische Bildrekonstruktionsvorrichtung, die bei vielen unterschiedlichen radiografischen Abbildungssystemkonfigurationen und bei vielen unterschiedlichen Bildrekonstruktionstechniken (z.B. diversen unterschiedlichen tomosynthetischen Rekonstruktionstechniken) wirksam ist, was mehrere Vorteile liefert. Erstens können zum Prüfen unterschiedlicher Objekttypen unterschiedliche radiografische Abbildungssystemkonfigurationen gewünscht werden (z.B. können unterschiedliche Abtastwege, unterschiedliche Detektoranordnungen usw. gewünscht werden), und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel befähigt die Bildrekonstruktionsvorrichtung, bei vielen unterschiedlichen radiografischen Abbildungssystemkonfigurationen, die zum Prüfen eines gegebenen Objekttyps gewünscht sein mögen, ohne weiteres verwendet zu werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass unterschiedliche radiografische Abbildungssystemkonfigurationen gewünscht werden können, um die Kosten des Abbildungssystems zu verringern oder um die Leistungsfähigkeit des Abbildungssystems zu erhöhen. Somit kann das radiografische Abbildungssystem für eine gegebene Anwendung (z.B. zum Abbilden eines bestimmten Objekttyps, zum Verringern der Kosten oder zum Erhöhen der Leistungsfähigkeit) auf optimale Weise konfiguriert werden, und die Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist ohne weiteres in der Lage, bei vielen radiografischen Abbildungssystemkonfigurationen, die even tuell gewünscht werden, verwendet zu werden. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Bildrekonstruktionsvorrichtung skalierbar und kann somit ohne weiteres bezüglich beliebiger unterschiedlicher Skalen einer Bildverarbeitung angepasst werden. Falls ein radiografisches Abbildungssystem beispielsweise konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Pixeln _ parallel auszugeben, ist die Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels skalierbar, um in der Lage zu sein, eine derartige Mehrzahl von Pixeln zu empfangen und parallel zu verarbeiten. Ferner sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung skalierbar, um zu ermöglichen, dass eine beliebige Anzahl von Tiefenschichten parallel rekonstruiert wird. Ein weiterer Vorteil eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist seine Fähigkeit, unterschiedliche tomosynthetische Rekonstruktionstechniken zu verwenden, was eine Feinabstimmung des rekonstruierten Bildes ermöglicht, um dem Anwendungsbereich genau zu entsprechen. Unterschiedliche Rekonstruktionstechniken erzeugen Bilder mit unterschiedlichen Charakteristika oder Artefakten. Fachleute werden diverse andere Vorteile einer derartigen generischen Bildrekonstruktionsvorrichtung erkennen.
Wie oben beschrieben wurde, wird eine Bildverarbeitung von Objekten, z.B. Lötverbindungen, bei automatisierten Prüfsystemen zur Qualitätskontrolle verwendet. Beispielsweise kann eine Lötverbindung auf einer gedruckten Schaltungsplatine abgebildet werden (z.B. durch ein radiografisches Abbildungssystem), und ein derartiges Bild kann durch ein automatisiertes Prüfsystem verarbeitet werden, um diverse Parameter, z.B. Länge, Breite, Krümmung, relative Opazität und ähnliche Werte der Lötverbindung, zu bestimmen. Die diversen für die Lötverbindung bestimmten Parameter können dann durch das automatisierte Prüfsystem ausgewertet werden, um zu bestimmen, ob die Lötverbindung eine akzeptable Qualität aufweist.
Beispielsweise kann die Dicke eines Lötmaterials (das in der Regel eine Kombination aus Blei und Zinn ist) seitens eines automatisierten Prüfsystems durch eine Analyse eines Röntgenstrahlenbildes bzw. von Röntgenstrahlenbildern des Lötmaterials geprüft werden. Bei einem Röntgenstrahlenbild eines Lötmaterials besteht eine Beziehung zwischen den Intensitäten, die das Röntgenstrahlenbild und die Dicke des Lötmaterials, das das Röntgenstrahlenbild bildet, umfassen. In der Regel nimmt die Bildintensität von Werten, die helleren Grauschattierungen (Weiß) entsprechen, auf Werte, die dunkleren Grauschattierungen (Schwarz) entsprechen, zu, wenn die Dicke des Lötmaterials zunimmt. Das heißt, dass das Bild eines dünnen Lötmittelabschnitts eine Graustufe aufweist, die geringer ist als die Graustufe des Bildes eines dickeren Lötmittelabschnitts. Das Bild des dünnen Abschnitts scheint eine hellere Grauschattierung aufzuweisen als das Bild des dickeren Abschnitts. Diese Konvention wird üblicherweise bei der elektronischen Bilddarstellung von Röntgenstrahlenbildern verwendet, es kann jedoch auch die umgekehrte Konvention verwendet werden, d.h. bei der das Bild eines dünnen Lötmittelabschnitts eine Graustufe aufweist, die stärker ist als die Graustufe des Bildes eines dickeren Lötmittelabschnitts. Die letztgenannte Konvention wird traditionell bei der Filmradiografie verwendet, bei der die Röntgenstrahlenbilder auf Röntgenfilm aufgezeichnet werden. Beide Konventionen können bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung implementiert sein.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise in einem digitalen 3D-Tomografiesystem implementiert. In der Technik sind verschiedene digitale 3D-Tomografieabbildungssysteme hinreichend bekannt, von denen viele in Verbindung mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, und somit werden beispielhafte Abbildungssysteme hierin nur kurz beschrieben, um die Aufmerksamkeit nicht von dem erfindungsgemäßen System und Verfahren zum Rekonstruieren von 3D-Bilddaten (Voxel) für ein Prüfobjekt abzulenken. Exemplarische 3D- Tomografiesysteme, die zur Verwendung bei industriellen Prüfsystemen vorgeschlagen wurden und bei denen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung implementiert sein können, umfassen diejenigen, die in der US-Patentschrift Nr. 6,002,739 mit dem Titel „COMPUTED TOMOGRAPHY WITH ITERATIVE RECONSTRUCTION OF THIN CROSS-SECTIONAL PLANES" und in der US-Patentschrift Nr. 6,178,223 mit dem Titel „IMAGE RECONSTRUCTION METHOD AND APPARATUS", deren Offenbarungen in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen sind, offenbart sind. Selbstverständlich können diverse andere digitale 3D-Tomografiesystemkonfigurationen, die derzeit bekannt sind oder in Zukunft entwickelt werden, verwendet werden, und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können bei derartigen Systemen implementiert werden, um die Effizienz des 3D-Rekonstruktionsprozesses derselben zu verbessern. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können in Verbindung mit jeglicher radiografischen Abbildungseinrichtung verwendet werden, die in der Lage ist, Bilddaten (Pixel) eines Prüfobjekts zu erfassen. Insbesondere, wie nachstehend näher beschrieben wird, können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer derartigen radiografischen Abbildungseinrichtung verwendet werden, um 3D-Bilddaten (Voxel) für das Prüfobjekt auf effiziente Weise ausgehend von den erfassten Pixeldaten zu rekonstruieren.
1A – 1B zeigen eine schematische Darstellung einer beispielhaften Geometrie eines digitalen Tomosynthesesystems, die bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Im einzelnen zeigen 1A – 1B ein beispielhaftes Kegelstrahltomographiesystem. Eine Röntgenstrahlenquelle 20 emittiert Röntgenstrahlen auf ein Objekt 10 (z. B. eine Schaltungsplatinenanordnung), die sich in der Prüfung befindet, und die Röntgenstrahlen, die das Objekt 10 durchdringen, werden durch ein Array von Sensoren (oder Detektoren) 30 erfasst. Um mehrere Ansichten einer Region eines Objekts 10 zu erhalten (z. B. zum Rekon struieren von Querschnittsbildern dieser Region), kann bzw. können entweder die Röntgenstrahlenquelle 20, das Objekt 10 und/oder das Sensorarray 30 effektiv bewegt werden. Beispielsweise zeigt 1A ein Beispiel einer Region 10_A des Objekts 10, die bei einem ersten Blickwinkel abgebildet wird, und 1B zeigt ein Beispiel einer derartigen Region 10_A des Objekts 10, die bei eine zweiten Blickwinkel abgebildet wird. Wie oben beschrieben wurde, können Bilddaten aus mehreren Ansichten einer Region verarbeitet werden (z. B. mit Rückprojektions- oder Verschieben-und-Hinzufügen-Algorithmen), um Querschnittsbilder der Region zu rekonstruieren.
Bei dieser beispielhaften Implementierung kann die Röntgenstrahlenquelle 20 eine Elektronenstrahlenquelle umfassen, die eine (nicht gezeigte) Leistungsversorgung zum Betreiben der Röntgenstrahlenquelle 20 bei einem gewünschten Spannungspegel, um Röntgenstrahlen zu erzeugen, aufweist. Ein Elektronenstrahl 40, der durch eine Geladene-Teilchen-Kanone in der Röntgenstrahlenquelle 20 erzeugt wird, wird über die Quelle einer Zielanordnung 22 (die eine geerdete Anode sein kann) in einem vorbestimmten Muster (z. B. einem Abtast- oder Schrittgebungsmuster) abgelenkt. Die Röntgenstrahlenquelle 20 umfaßt einen Mechanismus zum Steuern der Bewegung des Elektronenstrahls 40 über die Zielanordnung 22, z. B. ein Ablenkjoch 21 unter der Steuerung eines Elektronenstrahlbildgenerators (nicht gezeigt). Ein durch die beispielhafte Geometrie der Röntgenstrahlenquelle 20 gelieferter Vorteil besteht darin, dass sie ermöglicht, dass Röntgenstrahlen von mehreren Winkeln auf ein Objekt 10 projiziert werden, ohne dass eine physische Umpositionierung der Röntgenstrahlenquelle 20 erforderlich ist. Beispielsweise können Röntgenstrahlen 41 erzeugt werden, indem die Oberfläche einer Röntgenstrahlenröhre mit einem Elektronenstrahl 40 bombardiert wird, und indem der Elektronenstrahl 40 elektronisch abgelenkt wird, kann die Röntgenstrahlenquelle 20 effektiv bewegt werden. Somit bewegen sich die Röntgenstrahlen 20 und/oder das Sensorarray 30 e ventuell gar nicht (sondern können statt dessen in ihrer Position feststehend sein), und statt dessen kann der Effekt ihrer Bewegung durch andere Techniken erzielt werden, z. B. durch Ablenken des Elektronenstrahls 40 der Röntgenstrahlröhre (z. B. um eine Abbildung des Objekts 10 bei diversen unterschiedlichen Blickwinkeln zu erzielen).
In den 1A – 1B ist die Zielanordnung 22 entworfen, um Röntgenstrahlen zu emittieren, die bei 1A einen divergierenden Strahl 41 bilden und bei 1B einen divergierenden Strahl 42 bilden, die das Sensorarray 30 (aus verschiedenen Blickwinkeln) jeweils direkt unterbrechen. Im Betrieb kann der Elektronenstrahl 40 zuerst an einer Position 50 an der Zielanordnung 22 verweilen, wie in 1A gezeigt ist. Wenn der Elektronenstrahl 40 die Zielanordnung 22 an der Position 50 trifft, wird ein divergierender Röntgenstrahl 41 emittiert. Der Elektronenstrahl 40 kann dann an die Position 51 an der Zielanordnung 22 gelenkt werden, wie in 1B gezeigt ist. Wenn der Elektronenstrahl 40 die Zielanordnung 22 an der Position 51 trifft, wird ein divergierender Röntgenstrahl 42 emittiert, der ermöglicht, dass Bilddaten bei einem anderen Blickwinkel als dem der 1A durch das Sensorarray 30 erfasst werden. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann ein Kollimatorgitter implementiert sein, um, wie beispielsweise in der U.S.-Patentschrift Nr. 6,178,223 beschrieben ist, in Umgebungen, in denen ein Begrenzen der Belichtung des Objekts 10 (oder anderer vorliegender Objekte) auf Röntgenstrahlen wünschenswert ist (z. B. wenn das Objekt 10 ein Mensch ist, wie bei medizinischen Anwendungen), die Röntgenstrahlen 41 und 42 zu lenken.
Bei bestehenden radiographischen Abbildungssystemen kann das Sensorarray 30 eine Mehrzahl von in einem Array angeordneten diskreten Detektoren (die hierin als „Detektorelemente" bezeichnet sind) umfassen. Jedes Detektorelement umfaßt eine Oberfläche, die einen Erfassungsbereich zum Erfassen von Röntgenstrahlen aufweist, wie in der Technik hinreichend bekannt ist. Jedes Detektorelement kann in der Lage sein, die Menge an Röntgenstrahlen, die es treffen, unabhängig zu messen. Wenn ein Objekt 10 zwischen der Röntgenstrahlenquelle 20 und dem Sensorarray 30 angeordnet ist, gelangen manche der Röntgenstrahlen in dem Röntgenstrahlenbündel 41 (der 1A) durch einen Abschnitt des Objekts 10, und wenn sie nicht gestreut oder absorbiert werden, treffen sie die Detektorelemente, die das Sensorarray 30 bilden. Die Röntgenstrahlen, die jegliches einzelne Detektorelement treffen, umfassen einen Teil des Röntgenstrahlenbündels 41, der hierin als Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad bezeichnet wird.
Jedes Detektorelement kann Komponenten zum Messen der Menge an Röntgenstrahlenphotonen, die das Detektorelement treffen, und zum Ausgeben eines Signals, das für diese Messung repräsentativ ist, aufweisen. Alternativ dazu kann jedes Detektorelement Komponenten zum Erzeugen eines elektrischen Signals umfassen, das allgemein proportional zu der Gesamtenergie der Röntgenstrahlen ist, die das Detektorelement treffen. Die Größe der erzeugten elektrischen Signale entspricht der Flussintensität der Röntgenstrahlen von dem jeweiligen Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad des Röntgenstrahlenbündels 41. Jedes Detektorelement kann ein Pixel erzeugen, das den durch dasselbe erfassten Röntgenstrahlen entspricht. Eine Verwendung eines Sensorarrays 30, das die Röntgenstrahlen, die jedes Detektorelement treffen, unabhängig misst, führt zu der Erzeugung von Röntgenstrahlendurchlässigkeitsinformationen, die zu dem Röntgenstrahlenfluss, der entlang bestimmter Röntgenstrahlenbündel-Teilpfade durch das Objekt 10 gelangt, proportional sind. Die sich ergebenden Intensitätsdaten können verwendet oder manipuliert werden, um eine Darstellung des Objekts 10 zu erzeugen.
Selbstverständlich können bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verschiedene andere Konfigurationen eines digitalen radiographischen Abbildungssystems imple mentiert sein, das wirksam ist, um digitale, radiographische Bilder eines Objekts 10 zu erfassen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, der in der U.S.-Patentschrift Nr. 6,178,223 offenbarten. Während in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein radiographisches Kegelstrahlabbildungssystem, z. B. das der 1A – 1B, verwendet wird, sollte man erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezifische Konfiguration eines digitalen radiographischen Abbildungssystems beschränkt ist. Vielmehr kann jegliche Konfiguration eines digitalen radiographischen Abbildungssystems wirksam, um digitale, radiographische Bilddaten (Pixel) eines Objekts 10, die derzeit bekannt ist oder in Zukunft entwickelt wird, bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung implementiert sein. Das heißt, dass verschiedene derzeit bekannte oder in Zukunft zu entwickelnde Konfigurationen zum Erfassen von digitalen, radiographischen Bildern eines Objekts 10 in Verbindung mit der nachstehend beschriebenen Bildrekonstruktionsvorrichtung verwendet werden, um ausgehend von den radiografischen Bildern auf effiziente Weise Querschnittsbilder des Objekts 10 (oder Regionen desselben) zu rekonstruieren. Wie nachstehend beschrieben wird, ist ferner ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung ohne weiteres bei vielen unterschiedlichen Konfigurationen eines radiografischen Abbildungssystems wirksam.
Die herkömmliche digitale 3D-Tomographie bewirkt eine Annäherung an ein Objekt durch diskrete Volumenelemente, die als Voxel bezeichnet werden. „Voxel" (oder „Volumenpixel") sind auf dem Gebiet der Bildverarbeitung hinreichend bekannt und werden bei der 3D-Abbildung üblicherweise verwendet. Im allgemeinen ist ein Voxel der kleinste unterscheidbare kästchenförmige Teil eines dreidimensionalen Bildes. „Voxelisierung" ist ein hinreichend bekanntes Verfahren, bei dem einem Bild zusätzliche Tiefe verliehen wird, indem ein Satz von Querschnittsbildern verwendet wird, der als volumetrischer Datensatz bekannt ist.
Zum Zweck eines besseren Verständnisses bestimmter Prinzipien, die üblicherweise bei der 3D-Tomographie verwendet werden und die bei bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die nachstehend beschrieben werden, verwendet werden können, werden Aspekte herkömmlicher Bildverarbeitungstechniken in Verbindung mit den 2A – 2C beschrieben. Ebenso wie Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nicht auf die in Verbindung mit 1A – 1B beschriebene beispielhafte radiographische Abbildungssystemkonfiguration beschränkt sind, sollen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in keinster Weise durch die in Verbindung mit 2A – 2C beschriebenen allgemeinen Bildverarbeitungsprinzipien eingeschränkt werden. Vielmehr werden Bildverarbeitungsprinzipien, z. B. die Verwendung von Voxeln, in Verbindung mit 2A – 2C kurz beschrieben, um das Verständnis des Lesers insofern zu fördern, als Prinzipien, wie sie hierin beschrieben werden, bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
2A veranschaulicht ein kubisches Objekt 50, das in 125 (5 × 5 × 5) kubische Voxel einer identischen Größe unterteilt wurde. Zum Zweck einer dreidimensionalen Abbildung des Objekts 50 wird die Dichte (oder der Absorptionskoeffizient bzw. die Materialdicke) jedes der 125 Voxel aus den Daten rekonstruiert, die in mehreren Ansichten des Objekts 50 dargestellt sind, wie durch ein Array von Sensoren, z. B. das Array 30 in 1A – 1B, erfasst.
Bei vielen Anwendungen ist ein vollständiges 3D-Bild nicht notwendig. Für eine Prüfung einer Anordnung von doppelseitigen gedruckten Schaltungsplatinen können beispielsweise wenige Bildebenen oder „Querschnitte" ausreichend sein, um die Qualität der Lötverbindungen zu bestimmen. 2B zeigt zwei Schichten von Voxeln für das Objekt 50 der 2A.
Unter Bezugnahme auf 2C ist ein beispielhaftes radiographisches Abbildungssystem 200 gezeigt, beispielsweise dasjenige, das in der U.S.-Patentschrift Nr. 6,178,223 ausführlicher beschrieben ist, das zum Erfassen von radiographischen Bildern des Objekts 10 verwendet werden kann. Bei dieser beispielhaften Konfiguration eines radiographischen Abbildungssystems umfaßt die Quelle 20 ein Kollimatorgitter 212, das in der Lage ist, eine Mehrzahl von Röntgenstrahlenbündeln (die eine Mehrzahl von Röntgenstrahlenbündel-Teilpfaden umfassen können, wie nachfolgend beschrieben wird) bei diversen unterschiedlichen Winkeln auf ein Objekt 10 zu richten. Das heißt, dass ein Röntgenstrahlenbündel zunächst bei einem ersten Winkel auf das Objekt 10 gerichtet wird und dass anschließend ein Röntgenstrahlenbündel bei einem zweiten Winkel auf das Objekt 10 gerichtet wird usw., um bei einer Mehrzahl von unterschiedlichen Blickwinkeln Bilddaten für das Objekt 10 zu erhalten. Wenn das Kollimatorgitter 212 bei dem beispielhaften System 200 der 2C verwendet wird, um Röntgenstrahlenbündel bei diversen unterschiedlichen Winkeln auf das Objekt 10 zu richten, um ausreichende Daten zu erfassen, um verschiedene Tiefenschichten des Objekts 10 zu rekonstruieren, sollte man erkennen, dass bei anderen Konfigurationen diverse derzeit bekannte oder in Zukunft zu entdeckende Techniken zum gleichzeitigen oder seriellen Erzeugen von Röntgenstrahlenbündeln, die bei diversen unterschiedlichen Winkeln auf das Objekt 10 gerichtet werden, verwendet werden können.
Wie in diesem Beispiel gezeigt ist, sind ein erster Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 201 und ein zweiter Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 205 zwei von vielen Röntgenstrahlenbündel-Teilpfaden, die von einer ersten Apertur 210 des Kollimatorgitters 212 ausstrahlen. Zu Übersichtlichkeits- und Erläuterungszwecken sind die übrigen Röntgenstrahlenbündel-Teilpfade nicht gezeigt. Manche der Röntgenstrahlen, die sich entlang des ersten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 201 und des zweiten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 205 bewegen, gelangen durch das Objekt 10 und treffen die Detek toren 225 bzw. 227 des Multidetektorarrays 30. Man wird erkennen, dass die Informationen, die durch Röntgenstrahlen, die sich entlang des ersten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 201 bewegen, an den Detektor 225 geliefert werden, keinem einzigen Punkt in dem Objekt 10 entsprechend; vielmehr bildet der Pfad des ersten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 201, während er durch das Objekt 10 gelangt, ein Volumen, das eine erste Scheibe (oder einen „Querschnitt" oder eine „Tiefenschicht") 230, eine zweite Scheibe 235 und eine dritte Scheibe 240 schneidet. Insbesondere erzeugen Röntgenstrahlen, die sich an einem ersten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 201 entlangbewegen, ein Volumen, das vollständig oder teilweise mit einem ersten Voxel 245 (der Tiefenschicht 230), einem zweiten Voxel 250 (der Tiefenschicht 235) und einem dritten Voxel 255 (der Tiefenschicht 240) zusammenfällt.
Die durch den Detektor 225 von dem Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 201 erhaltenen Informationen können zu einer Rekonstruktion des ersten Voxels 245 in einem rekonstruierten Querschnittsbild, das der Tiefenschicht 230 entspricht, zu einer Rekonstruktion des zweiten Voxels 250 in einem rekonstruierten Querschnittsbild, das der Tiefenschicht 235 entspricht, und zu einer Rekonstruktion des dritten Voxels 255 in einem rekonstruierten Querschnittsbild, das der Tiefenschicht 240 entspricht, beitragen.
Bezüglich des zweiten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 205 können die durch den Detektor 227 gelieferten Informationen zu einer Rekonstruktion eines vierten Voxels 260 in einem rekonstruierten Querschnittsbild, das der Tiefenschicht 230 entspricht, zu einer Rekonstruktion eines fünften Voxels 265 in einem rekonstruierten Querschnittsbild, das der Tiefenschicht 235 entspricht, und zu einer Rekonstruktion eines sechsten Voxels 270 in einem rekonstruierten Querschnittsbild, das der Tiefenschicht 240 entspricht, beitragen.
Ein dritter Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 275 und ein vierter Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 280 sind zwei von vielen Röntgenstrahlenbündel-Teilpfaden, die von einer zweiten Apertur 285 ausstrahlen. Die verbleibenden Röntgenstrahlenbündel-Teilpfade, die von der zweiten Apertur 285 ausstrahlen, sind für die Zwecke der Übersichtlichkeit und Erläuterung nicht gezeigt. Manche der Röntgenstrahlen, die sich entlang des Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 275 und des Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 280 bewegen, gelangen durch das Objekt 10 und treffen die Detektoren 290 bzw. 291. Wie oben bei den Teilpfaden 201 und 205 beschrieben wurde, entsprechen die Intensitätsinformationen, die dem Detektor 290 durch Röntgenstrahlen geliefert werden, die sich entlang des dritten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 275 bewegen, keinem einzigen Punkt in dem Objekt 10; vielmehr sind die Intensitätsinformationen eine Ansammlung von Informationen für ein Volumen, das alle Ebenen/Scheiben zwischen dem Kollimatorgitter 212 der Quelle 20 und dem Sensorarray 30, einschließlich der Ebenen/Scheiben, die das Voxel 270 enthalten, schneidet. Desgleichen entsprechen die Intensitätsinformationen, die dem Detektor 291 durch Röntgenstrahlen geliefert werden, die sich entlang des Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 280 bewegen, keinem einzigen Punkt in dem Objekt 10; vielmehr sind die Intensitätsinformationen eine Anhäufung von Informationen für ein Volumen, das alle Ebenen/Scheiben zwischen dem Kollimatorgitter 212 der Quelle 20 und dem Sensorarray 30, einschließlich der Ebenen/Scheiben, die die Voxel 276, 277 und 278 umfassen, schneidet.
Pixeldaten, die der durch den Sensor 30 erfassten Intensität entsprechen, werden vorzugsweise durch das radiographische Abbildungssystem 200 an eine Bildrekonstruktionsvorrichtung ausgegeben, die wirksam ist, um die Pixeldaten zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern des Objekts zu verarbeiten. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen verarbeitet die Bildrekonstruktionsvorrichtung die empfangenen Pixeldaten beispielsweise durch Kombinieren oder Summieren der In tensität für ein Voxel von allen Detektoren, die Röntgenstrahlen erfassen, die sich entlang Röntgenstrahlenbündel-Teilpfaden bewegen, die vollständig oder teilweise mit diesem bestimmten Voxel zusammenfallen und diesem Voxel zu Rekonstruktionszwecken zugewiesen wurden. Beispielsweise können Intensitätsdaten, die durch den Detektor 227 von dem Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 205 in einem durch denselben ausgegebenen ersten Pixel gesammelt werden, und Intensitätsdaten, die durch den Detektor 290 von dem Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 275 in einem durch denselben ausgegebenen zweiten Pixel gesammelt werden, beim Rekonstruieren des sechsten Voxels 270 verwendet werden (da beide Röntgenstrahlenbündel-Teilpfade 205 und 275 das sechste Voxel 270 schneiden).
Die radiographische Abbildungsgeometrie und -vorrichtung, die unter Bezugnahme auf 1A – 1B und 2C beschrieben wurden, sind typisch für diejenigen, die in Verbindung mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Jedoch sind spezifische Einzelheiten dieser Systeme für die Praxis der vorliegenden Erfindung, die sich mit einem Handhaben von radiographischen Bilddaten eines Objekts zur Rekonstruktion von Querschnittsbildern des Objekts aus denselben befaßt, nicht kritisch. Beispielsweise können die spezifischen Einzelheiten der Röntgenstrahlenquelle, des Detektors bzw. der Detektoren, des Positionierungsmechanismus bzw. der Positionierungsmechanismen zum Positionieren des zu prüfenden Objekts, des Steuersystems (z. B. des Computers) zum Steuern des Betriebs des Abbildungssystems usw. von System zu System beträchtlich variieren. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf viele unterschiedliche Typen von radiografischen Abbildungssystemen anwendbar, die wirksam sind, um digitale radiografische Bilder mehrerer Tiefenschichten eines Objekts (z.B. einer Schaltungsplatine) zu erfassen, und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden derartige digitale radiografische Bilder, um Querschnittsbilder, die den mehreren Tiefenschichten des Objekts entsprechen, auf die nachstehend beschriebene Weise zu rekonstruieren.
3A – 3D zeigen beispielhafte Querschnittsbilder, die anhand eines Rekonstruktionsprozesses für ein Musterobjekt 10 erzeugt werden können. Zu Veranschaulichungszwecken weist das in 3A gezeigte Objekt 10 Testmuster in Form eines Pfeils 81, eines Kreises 82 und eines Kreuzes 83 auf, die in drei verschiedenen Ebenen (oder Tiefenschichten) 60a, 60b bzw. 60c in dem Objekt 10 eingebettet sind.
3B zeigt ein probeweises Querschnittsbild (oder eine probeweise „Tomographie") der Tiefenschicht 60a des Objekts 10, die durch ein Ausführungsbeispiel eine Bildrekonstruktionsvorrichtung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung rekonstruiert werden kann. Das Bild 100 des Pfeils 81 ist scharf eingestellt, während die Bilder anderer Merkmale in dem Objekt 10, z. B. der Kreis 82 und das Kreuz 83, eine unscharfe Region 102 bilden können, die das Pfeilbild 100 nicht stark undeutlich macht. Vorzugsweise wird die unscharfe Region 102 und/oder ihre Auswirkungen auf das Pfeilbild 100 bei dem Rekonstruktionsprozess minimiert, um ein qualitativ hochwertiges Bild des Querschnitts zu liefern. Verschiedene Techniken, die auf dem Gebiet der Bildverarbeitung bekannt sind, können zum Verringern/Beseitigen der unscharfen Region 102 und/oder ihrer Auswirkungen auf das Pfeilbild 100 des Querschnittsbildes verwendet werden.
Desgleichen zeigt 3C ein probeweises Querschnittsbild (oder eine probeweise „Tomographie") der Tiefenschicht 60b des Objekts 10, die durch ein Ausführungsbeispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung rekonstruiert werden kann. Das Bild 110 des Kreises 82 ist scharf eingestellt, während die Bilder anderer Merkmale in dem Objekt 10, z. B. der Pfeil 81 und das Kreuz 83, eine unscharfe Region 112 bilden können, die das Kreisbild 110 nicht stark undeutlich macht. Wiederum können diverse auf dem Gebiet der Bildverarbeitung bekannte Techniken verwendet werden, um die unscharfe Region 112 und/oder ihre Auswirkungen auf das Kreisbild 110 des Querschnittsbildes zu verringern/beseitigen.
3D zeigt ein probeweises Querschnittsbild (oder eine probeweise „Tomographie") der Tiefenschicht 60c des Objekts 10, die durch ein Ausführungsbeispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung rekonstruiert werden kann. Das Bild 120 des Kreuzes 83 ist scharf eingestellt, während die Bilder anderer Merkmale in dem Objekt 10, z. B. der Pfeil 81 und der Kreis 82, eine unscharfe Region 122 bilden können, die das Kreuzbild 120 nicht stark undeutlich macht. Wiederum können diverse auf dem Gebiet der Bildverarbeitung bekannte Techniken verwendet werden, um die unscharfe Region 122 und/oder ihre Auswirkungen auf das Kreuzbild 120 des Querschnittsbildes zu verringern/beseitigen.
Obwohl die 3A – 3D ein beispielhaftes Objekt 10 zeigen, das Tiefenschichten 60a, 60b und 60c aufweist, die als Querschnittsbilder rekonstruiert werden können, sollte man erkennen, dass das Objekt 10 als generisches Beispiel gedacht ist, um das Konzept des Rekonstruierens diverser Tiefenschichten eines Objekts als Querschnittsbilder zu veranschaulichen. In der Praxis können diverse andere Typen von Objekten, die eine beliebige Anzahl von Tiefenschichten aufweisen, geprüft werden, und eine beliebige Anzahl ihrer Tiefenschichten kann als Querschnittsbilder rekonstruiert werden. Beispielsweise kann ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit einem automatisierten Prüfsystem zum Prüfen von Lötverbindungen auf einer Anordnung gedruckter Schaltungsplatinen implementiert sein. 4 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer gedruckten Schaltungsplatine, bei der diverse Tiefenschichten durch eine Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Querschnittsbilder rekonstruiert sein können, um die Anordnung der gedruckten Schaltungsplatine zu prüfen.
Somit liefert 4 ein konkretes Beispiel eines Objekts, das gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung geprüft werden kann. Selbstverständlich können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bezüglich ihrer Anwendung nicht allein auf ein Rekonstruieren von Querschnittsbildern einer Schaltungsplatine beschränkt sein, sondern können statt dessen bei vielen anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen eine Rekonstruktion von Querschnittsbildern ausgehend von erfassten radiografischen Bilddaten (Pixeln) erwünscht ist, einschließlich, ohne Einschränkung, einer Prüfung von verschiedenen anderen Typen von Produkten in einer Herstellungsumgebung für eine Qualitätssicherung, Verwendung bei automatisierten Prüfsystemen zum Prüfen von Objekten bezüglich in denselben enthaltener Schmuggelware (z.B. bei Sicherheitssystemen zum Prüfen von Passagiergepäck in einem Flughafen oder einer anderen Transporteinrichtung) und/oder Verwendung bei verschiedenen medizinischen Anwendungen. Fachleute werden diverse andere Anwendungen der Bildrekonstruktionsvorrichtung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erkennen.
In 4 weist eine doppelseitige gedruckte Schaltungsplatine 400 mehrere Komponenten auf, die an jede von zwei Außenflächen angelötet sind. Die Komponenten 402 und 404 sind an einer ersten Oberfläche angebracht. Die Komponente 408 ist an einer zweiten Oberfläche angebracht, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt. Die Komponente 406 ist eine Durchgangslochkomponente, die an der zweiten Oberfläche angebracht ist, jedoch mit Anschlussleitungen, die beide Oberflächen der Platine 400 durchlaufen. In der Regel sind die elektrischen Verbindungen, die die Komponenten 402, 404, 406 und 408 mit der Platine 400 koppeln, aus einem Lötmaterial gebildet. Jedoch sind diverse andere Techniken zum Herstellen der elektrischen Verbindungen in der Technik hinreichend bekannt, und obwohl beispielhafte Ausführungs beispiele der vorliegenden Erfindung hierin in Bezug auf Lötverbindungen beschrieben werden, sollte man verstehen, dass unter Verwendung von Ausführungsbeispielen der Erfindung auch andere Arten von elektrischen Verbindungen geprüft werden können, einschließlich, aber nicht ausschließlich, Verbindungen aus leitfähigem Epoxy, mechanischer, Wolfram- und eutektischer Verbindungen.
Bei diesem Beispiel weist die Komponente 402 ein Kugelrasterarray (BGA – ball-grid array) von Lötverbindungen auf. Die Komponente 404 veranschaulicht eine Knickflügel-Oberflächenanbringungsvorrichtung. Die Komponente 408 ist eine J-Anschlussleitungs-Oberflächenanbringungsvorrichtung. Eine Ebene (bzw. Tiefenschicht), die durch die gestrichelte Linie 410 gezeigt ist, gelangt, knapp neben der ersten Oberfläche der Schaltungsplatine 400, durch die Anschlussleitungen und Lötkegel der Komponenten 402, 404 und 406. Eine weitere Ebene (bzw. Tiefenschicht), die durch die gestrichelte Linie 412 gezeigt ist, gelangt, knapp neben der zweiten Oberfläche der Schaltungsplatine 400, durch die Anschlussleitungen und Lötkegel der Komponenten 406 und 408. Man sollte sich darüber im klaren sein, dass, obwohl bei diesem Beispiel zwei beispielhafte Tiefenschichten (410 und 412) spezifiziert sind, bei anderen Beispielen eine beliebige Anzahl von Tiefenschichten der Schaltungsplatine 400 untersucht werden kann. Obwohl bei diesem Beispiel verschiedene Arten von Lötverbindungen (z.B. Oberflächenanbringungen und in der Platine vorliegende Verbindungen) als in einer gemeinsamen Tiefenschicht enthalten gezeigt sind, z.B. die verschiedenen Verbindungen der Komponenten 402, 404 und 406, die in die Tiefenschicht 410 fallen, sollte man sich außerdem darüber im klaren sein, dass bei manchen Implementierungen verschiedene Arten von Lötverbindungen tatsächlich in unterschiedliche Tiefenschichten der Schaltungsplatine fallen könne (was die Anzahl von Tiefenschichten, die durch ein Prüfsystem verarbeitet werden, erhöhen kann). Der Einfachheit und der übersichtlichen Veranschaulichung halber ist bei diesem Beispiel lediglich eine Tie fenschicht gezeigt, die jeder Seite der Schaltungsplatine 400 entspricht, bei einer tatsächlichen Anwendung kann jedoch auf jeder Seite der Schaltungsplatine 400 eine Mehrzahl von Tiefenschichten von Interesse sein. Während es bei bestimmten Anwendungen nützlich sein kann, ein 3D-Bild jeder Lötverbindung zu haben, liefern die Bildebenen 410 und 412 im allgemeinen ausreichende Informationen, um zu bestimmen, dass jede Komponentenanschlussleitung vorliegt, und/oder liefern diese nützliche Informationen für eine Prüfung der verschiedenen Lötverbindungen (z.B. Prüfung der Qualität derartiger Lötverbindungen).
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können durch ein radiografisches Abbildungssystem radiografische Bilddaten (Pixel) eines Prüfobjekts (z.B. der Schaltungsplatine 400), bzw. die oben beschriebenen, erfasst und in eine Bildrekonstruktionsvorrichtung eingegeben werden. Die Bildrekonstruktionsvorrichtung verarbeitet die erfassten radiografischen Bilddaten, um 3D-Bilddaten (Voxel-Bilddaten) des Objekts, z.B. die beispielhaften Querschnittsbilder, die oben in Verbindung mit den 3A – 3D beschrieben wurden, zu konstruieren. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, rekonstruiert eine derartige Bildrekonstruktion vorzugsweise mehrere Querschnittsbilder (die jeweils einer anderen Tiefenschicht des Objekts entsprechen) parallel, wodurch die Querschnittsbilder auf effiziente Weise rekonstruiert werden. Während bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im einzelnen jedes Pixel eines digitalen radiografischen Bildes durch die Bildrekonstruktionsvorrichtung empfangen wird, verarbeitet die Bildrekonstruktionsvorrichtung ein derartiges Pixel für mehrere Tiefenschichten des Objekts parallel. Beispielsweise bestimmt die Bildrekonstruktionsvorrichtung für ein empfangenes Pixel vorzugsweise zumindest ein Voxel einer Mehrzahl von verschiedenen Querschnittsbildern (die jeweils einer anderen Tiefenschicht des Objekts entsprechen), zu dem das empfangene Pixel beiträgt, und wendet diesen Beitrag des Pixels an jedes Voxel der Mehrzahl von verschiedenen Querschnittsbildern parallel an.
Nachdem die Querschnittsbilder der Lötverbindungen der Platine 400 (oder anderer Abschnitte eines Prüfobjekts) erzeugt wurden, können sie bei bestimmten Implementierungen durch das automatisierte Prüfsystem automatisch ausgewertet werden, um ihre Qualität und physischen Charakteristika, beispielsweise einschließlich der Lötdicke, zu bestimmen. Das heißt, dass die Bildrekonstruktionsvorrichtung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung Querschnittsbilddaten für ein Prüfobjekt rekonstruieren kann, und dass die rekonstruierten Querschnittsbilddaten durch ein automatisiertes Prüfsystem und/oder durch einen Benutzer des Systems ausgewertet werden können, um eine Qualitätskontrollanalyse des zu studierenden Objekts (z.B. von Lötverbindungen) durchzuführen. Auf der Basis der Auswertung durch das Prüfsystem kann ein Bericht über die Qualität der Lötverbindung und über die physischen Charakteristika und/oder die rekonstruierten Querschnittsbilder der Lötverbindungen dem Benutzer vorgelegt werden.
Es versteht sich, dass der Begriff „Bild" (oder „Bilddaten") nicht auf Formate beschränkt ist, die visuell betrachtet werden können, sondern auch digitale Darstellungen umfassen kann, die durch den Computer erfasst, gespeichert und analysiert werden können. Somit ist der Begriff „Bild" (oder „Bilddaten") gemäß seiner Verwendung hierin nicht auf ein betrachtbares Bild beschränkt, sondern soll auch Computerdaten umfassen, die das Bild darstellen und/oder die durch einen Computer zum Anzeigen eines betrachtbaren Bildes verarbeitet werden können. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen können die rekonstruierten Querschnittsbilder beispielsweise zusätzlich zu oder statt einer automatisierten Prüfung durch den Computer einem Benutzer zum Zweck einer Prüfung durch diesen Benutzer angezeigt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen werden die rekonstruierten Querschnittsbilder eventuell nicht einem Benutzer ange zeigt, sondern statt dessen können die Bilddaten, die diese rekonstruierten Querschnittsbilder darstellen, zur Qualitätskontrolle autonom durch den Computer analysiert werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können als Kombination von Hardware und Firmware (oder Schaltungsanordnung) implementiert sein, die als Eingabe digitale radiografische (z.B. für Röntgenstrahlen durchlässige) Daten (Pixel) für zumindest einen Abschnitt eines Objekts empfängt und 3D-Bilddaten (Voxel) rekonstruiert, um Querschnittsbilddaten zu erzeugen, die mehreren Tiefenschichten innerhalb zumindest eines Abschnitts des Objekts entsprechen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel umfasst eine Hardwarearchitektur, die eine Prozessoreinheit wie z.B. ein feldprogrammierbares Gatterarray (FPGA – Field Programmable Gate Array) oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC – Application Specific Integrated Circuit) zusammen mit mehreren unabhängig adressierbaren Speichern, die hierin als „Rekonstruktionsspeicher" bezeichnet werden können, umfasst. Jeder unabhängig adressierbare Speicher wird verwendet, um rekonstruierte 3D-Bilddaten (Voxel), die einer bestimmten Tiefenschicht des Objekts entsprechen, zu speichern. Beispielsweise kann ein erster Speicher zum Speichern von Voxeln verwendet werden, die einer ersten Tiefenschicht eines Prüfobjekts (z.B. der Tiefenschicht 60a des in 3A gezeigten Objekts 10) entsprechen, und ein zweiter Speicher kann zum Speichern von Voxeln verwendet werden, die einer zweiten Tiefenschicht des Objekts (z.B. der Tiefenschicht 60b des in 3A gezeigten Objekts 10) entsprechen.
Während des 3D-Bildrekonstruktionsprozesses eines bevorzugten Ausführungsbeispiels empfängt der Rekonstruktionsprozessor ein Pixel eines radiografischen Bildes des Prüfobjekts. Wie Fachleute erkennen werden, kann das empfangene Pixel zu der Rekonstruktion von mehreren Schichten des Prüfobjekts beitragen. Wie bei 2C oben beschrieben wurde, kann das Pixel beispielsweise Informationen umfas sen, die für eine Mehrzahl von verschiedenen Tiefenschichten des Objekts erfasst wurden. Das heißt, dass das empfangene Pixel zu Voxeln einer Mehrzahl von unterschiedlichen Querschnittsbildern, die gerade rekonstruiert werden, beitragen kann. Es können Grenzbedingungen festgelegt werden, und das Pixel kann zu einem Voxel beitragen, das „außerhalb der Grenzen" liegt (z.B. außerhalb des derzeit verarbeiteten Sichtfeldes), im allgemeinen trägt jedoch jedes empfangene Pixel zu einer Mehrzahl der (z.B. zu allen) Tiefenschichten, die gerade rekonstruiert werden, bei. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verarbeitet der Rekonstruktionsprozessor das Pixel, um die Voxel von mehreren unterschiedlichen Tiefenschichten, zu denen das empfangene Pixel beiträgt, zu identifizieren, und er legt den Beitrag dieses Pixels an diese Voxel parallel an.
Beispielsweise kann ein erstes Voxel zum Rekonstruieren einer ersten Tiefenschicht des Objekts, das in einem ersten Speicher gespeichert ist und zu dem das empfangene Pixel beiträgt, durch den Rekonstruktionsprozessor identifiziert und wiedergewonnen werden, und ein zweites Voxel zum Rekonstruieren einer zweiten Tiefenschicht des Objekts, das in einem zweiten Speicher gespeichert ist und zu dem das empfangene Pixel beiträgt, kann durch den Rekonstruktionsprozessor identifiziert und wiedergewonnen werden. Das heißt, dass der Rekonstruktionsprozessor die Voxel von mehreren Tiefenschichten, zu denen das empfangene Pixel beiträgt, identifizieren kann, und der Rekonstruktionsprozessor gewinnt diese Voxel aus dem Speicher wieder. Der Prozessor legt das empfangene Pixel anschließend an diese Voxel an (d.h. legt den Beitrag, den das Pixel zu jedem der Voxel liefert, an) und schreibt anschließend die modifizierten Voxel (die nun den Beitrag des empfangenen Pixels aufweisen) in ihre jeweiligen Speicher zurück. Das Pixel kann auf diverse unterschiedliche Arten und Weisen auf Voxel angewendet werden, wie auf dem Gebiet der Bildverarbeitung für eine 3D-Rekonstruktion hinreichend bekannt ist. Beispielsweise kann der Beitrag des Pixels mit einem Voxel summiert werden. Als weiteres Beispiel kann das empfangene Pixel mit dem Voxel verglichen werden, und das für ein Voxel empfangene Pixel mit einer maximalen und/oder minimalen Intensität kann in dem Voxel gespeichert werden. Verschiedene andere derzeit bekannte oder in Zukunft zu entwickelnde Techniken zum Rekonstruieren von Voxeln von/aus empfangenen Pixeln können in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung implementiert sein.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Voxel zunehmend in dem Maße konstruiert, wie Pixel durch den Rekonstruktionsprozessor empfangen werden, wobei ein Voxel, zu dem das empfangene Pixel beiträgt, von dem Speicher wiedergewonnen wird, der Beitrag des Pixels auf das Voxel angewendet wird und das sich ergebende, aktualisierte Voxel in seine Speicheradresse zurück geschrieben wird. Wie nachstehend näher beschrieben wird, ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Verarbeiten eines Pixels zum parallelen Rekonstruieren mehrerer Tiefenschichten eines Objekts. Man sollte erkennen, dass die Rekonstruktionsspeicher während des 3D-Rekonstruktionsprozesses Teilrekonstruktionsdaten (d.h. Daten, die weiter modifiziert werden können, während mehr Pixel durch den Rekonstruktionsprozessor empfangen werden) enthalten. Das heißt, dass die Voxel während des Rekonstruktionsprozesses in dem Maße zunehmend konstruiert werden, wie Pixel empfangen werden, und somit erst dann vollständig sind, wenn alle Pixel, die zu dem Voxel beitragen, empfangen und verarbeitet wurden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung implementiert der Rekonstruktionsprozessor gleichzeitige Verarbeitungspipelines für jeden Rekonstruktionsspeicher, und auf die Rekonstruktionsspeicher wird durch den Rekonstruktionsprozessor parallel zugegriffen, und dieselben werden parallel durch den Rekonstruktionsprozessor aktualisiert. Die Pipelinestufen eines Ausführungsbeispiels werden anhand von 6 nachstehend grob beschrieben. Vorzugsweise rekonstruiert die Verarbeitungspi peline eine Tiefenschicht (d.h. ein Querschnittsbild einer Tiefenschicht) eines Objekts unter Verwendung eines Algorithmus, der auf einer Rückprojektionsrekonstruktionstechnik (einschließlich der „Verschieben-Und-Hinzufügen"-Rekonstruktionstechnik) beruht. Derartige Rückprojektionsrekonstruktionstechniken (einschließlich der „Verschieben-Und-Hinzufügen"-Rekonstruktionstechnik) sind in der Technik der Bildverarbeitung hinreichend bekannt und werden deshalb hierin nicht ausführlicher beschrieben. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann selbstverständlich jegliche andere geeignete derzeit bekannte oder zu einem späteren Zeitpunkt zu entwickelnde tomosynthetische Rekonstruktionstechnik zum Verarbeiten von empfangenen Pixeln, um ein Querschnittsbild einer Tiefenschicht eines Objekts zu rekonstruieren, implementiert werden.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Blockdiagramm auf hoher Ebene für eine bevorzugte Implementierung einer Rekonstruktionsprozessoreinheit 501, die in einem Prüfsystem 500 implementiert ist, gezeigt. Bei diesem Beispiel ist der Rekonstruktionsprozessor 501 so implementiert, dass er zwei Rekonstruktionsspeicher, M1 und M2, aufweist, die jeweils einer anderen Tiefenschicht eines Prüfobjekts entsprechen. Jedoch muss die Anzahl von Rekonstruktionsspeichern nicht auf zwei beschränkt sein, sondern kann bei alternativen Implementierungen eine beliebige Anzahl von Speichern umfassen, die nur Hardware- und physischen Einschränkungen unterworfen ist, z.B. Speicheradresseinschränkungen, die auf die Anzahl von Anschlussstiften zurückzuführen sind, die an dem FPGA-implementierenden Rekonstruktionsprozessor 501 verfügbar sind, wobei der Rekonstruktionsprozessor 501 in diesem Fall implementiert sein kann, um eine solche erwünschte Anzahl von Speichern für eine parallele Verarbeitung auf ähnliche Weise, wie sie hierin nachstehend für zwei Speicher beschrieben wird, zu nutzen. Bei den meisten Prüfsystemen liegt die Anzahl von Rekonstruktionsspeichern üblicherweise in der Tat bei mehr als zwei (da die Anzahl von verarbeiteten Tiefenschichten üblicherweise mehr als zwei beträgt), zum Zweck der konzeptionellen Veranschaulichung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die auf eine beliebige Anzahl von Rekonstruktionsspeichern erweitert und angewandt werden kann, sind hier jedoch zwei Speicher gezeigt. Bei bestimmten Implementierungen könnte die Anzahl von implementierten Speichern geringer sein als die Anzahl von rekonstruierten Tiefenschichten, und die _ Speicher können für eine Mehrzahl von verschiedenen Tiefenschichten wieder verwendet werden. Jedoch würde dies die Berechnung verlangsamen und ein Speichern der empfangenen Bildeingangsdaten (Pixel) zur Verwendung beim Rekonstruieren der zusätzlichen Tiefenschichten erfordern. Somit ist es zum Zweck einer optimalen Effizienz am stärksten bevorzugt, einen Speicher zu haben, der für jede Tiefenschicht implementiert ist.
Ein beispielhaftes Hardwareziel für die hierin beschriebene Parallelrekonstruktionstechnik ist die von Annapolis Micro-Systems erhältliche FIREBIRD^TM PCI Processor Card. Die FIREBIRD^TM-Karte beherbergt ein FPGA (in dem ein Rekonstruktionsprozessor 501 implementiert sein kann) und fünf unabhängige Speicherbänke (die zum Implementieren von Rekonstruktionsspeichern verwendet werden können).
Bei dem Beispiel der 5 umfasst das Prüfsystem 500 ein radiografisches Abbildungssystem 502, das beispielsweise ein tomografisches Kegelstrahlabbildungssystem wie z.B. das oben bei 1A–1B beschriebene sein kann. Das radiografische Abbildungssystem 502 ist ein Abbildungssystem auf digitaler Basis, das radiografische Bilder eines Objekts 10 (z.B. einer Schaltungsplatine) in digitaler Form (z.B. ähnlich wie eine digitale Kamera) erfasst. Eine Steuerung 503 ist vorzugsweise kommunikativ mit der Abbildungseinrichtung 502 gekoppelt, um Positionsdaten, z.B. Pixelpositions- und Röntgenstrahlenfleckpositionsdaten, zu erfassen. Je nach der Konfiguration des Abbildungssystems könnten manche der Positionsdaten feststehend sein. Beispielsweise könnten die Positionen von Pixeln, die an ortsfesten Sensoren ange bracht sind, während eines Kalibrierungsvorgangs bestimmt werden, der vielleicht wöchentlich oder weniger häufig durchgeführt wird. Wenn sich die Bildsensoren bewegen, können die Pixelpositionen durch eine Kombination von Positionserfassungs- und Kalibrierungsdaten bestimmt werden. Die Röntgenstrahlenfleckposition kann auf ähnliche Weise bestimmt werden.
Der Rekonstruktionsprozessor 501 ist kommunikativ mit dem radiografischen Abbildungssystem 502 und der Steuerung 503 gekoppelt, so dass er radiografische Bilddaten (Pixel) von der Abbildungseinrichtung 502 und Positionsdaten (z.B. Pixelpositions- und Röntgenstrahlenfleckpositionsdaten, die nachstehend näher beschrieben werden) von der Steuerung 503 empfangen kann. Man sollte beachten, dass die Pixelbilddaten bei bestimmten Implementierungen über die Steuerung 503 von der Abbildungseinrichtung 502 an den Rekonstruktionsprozessor 501 kommuniziert werden können. Bei derartigen Implementierungen kann die Steuerung 503 eine Schnittstellenbildung mit der Abbildungseinrichtungselektronik und ein mögliches Puffern von Daten (je nach dem Entwicklungsgrad der Abbildungseinrichtung 502) handhaben, und die Steuerung 503 kann Korrekturen auf die Pixeldaten, z.B. Festmusterrauschkorrektur, Flachfeldanordnung (flat fielding) und geometrische Kalibrierung, anwenden.
Der Rekonstruktionsprozessor 501 ist ferner mit einer Datenspeicherung (oder einem „Speicher") 504, die zum Speichern von rekonstruierten Querschnittsbilddaten verwendet wird, kommunikativ gekoppelt. Vorzugsweise umfasst die Datenspeicherung 504 die hierin beschriebenen Rekonstruktionsspeicher. Die Datenspeicherung 504 kann eine beliebige geeignete derzeit bekannte oder später zu entdeckende Datenspeicherungsvorrichtung zum Speichern von rekonstruierten Querschnittsbilddaten umfassen, beispielsweise einschließlich Direktzugriffsspeicher (RAM), Plattenlaufwerken, Floppy-Disks, optischer Platten (z.B. Compact-Discs (CDs) und digitaler Video-Discs (DVDs)) und anderer Daten speicherungsvorrichtungen. Die Datenspeicherung 504 kann in den Rekonstruktionsprozessor 501 integriert sein (z.B. auf dem Chip befindlicher Speicher), oder sie kann außerhalb desselben vorliegen.
Der Rekonstruktionsprozessor 501 ist vorzugsweise als Bestandteil einer größeren Prozessoreinheit, z.B. eines FPGA oder einer ASIC, implementiert. Der enthaltende Prozessor kann sowohl eine spezifische als auch eine unspezifische Verarbeitung durchführen. Obwohl dies zum Implementieren von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, wird, zum Zweck einer leichteren nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, angenommen, dass die Rekonstruktionsprozessoreinheit 501 synchron ist und dass sie einen globalen Takt aufweist. Eine beispielhafte Taktgeschwindigkeit, die für eine FPGA-Implementierung implementiert sein kann, beträgt 100 Megahertz (MHz), obwohl jegliche andere geeignete Taktgeschwindigkeit ebenfalls in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen soll. Vorzugsweise ist die implementierte Taktgeschwindigkeit ausreichend schnell, um den Rekonstruktionsprozessor zu befähigen, eine „Echtzeit"-Verarbeitung für ein gegebenes Prüfsystem, bei dem er implementiert ist, zu erzielen, wie nachstehend näher beschrieben wird. Das heißt, dass lediglich ein geringer, feststehender (oder konstanter) Zeitraum (beispielsweise zwei Taktzyklen) erforderlich ist, um jedes Pixel zu verarbeiten und um einen gewichteten Wert zu allen der gleichzeitig rekonstruierten Tiefenschichten (bzw. „z-Schichten") beizutragen. Im einzelnen kann der Rekonstruktionsprozessor gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Pixel bei einer Durchschnittsrate von einem Pixel alle zwei Taktzyklen in seine Verarbeitungspipelines aufnehmen. Somit können sich zu jeglichem gegebenen Zeitpunkt in jeder Pipeline mehrere Pixel befinden, die sich in verschiedenen Verarbeitungsstufen befinden. Es dauert einen geringen, feststehenden Zeitraum (z.B. zwanzig Taktzyklen), um in den Pipelines vollständig verarbeitet zu werden.
Ein herkömmlicher Speicher weist üblicherweise ein bidirektionales Datentor auf. Um die Erläuterung zu vereinfachen, sei angenommen, dass die bidirektionalen Speicherdatentore eines bevorzugten Ausführungsbeispiels durch eine enthaltende Prozessoreinheit (z.B. ein FPGA) in Eingangs- und Ausgangstore aufgeteilt werden. Im allgemeinen handhabt die enthaltende Prozessoreinheit Einzelheiten einer Speicherschnittstellenbildung auf eine in der Technik wohlbekannte Art und Weise. Zu Veranschaulichungszwecken sei angenommen, dass der Speicher ein ZBT-SRAM (ZBT-SRAM = Zero-Bus Turnaround Static RAM, Null-Bus-Umkehrung-Statischer-RAM) ist und dass er bei derselben oder einer vergleichbaren Geschwindigkeit getaktet ist wie der globale Takt des Prozessors. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sollen jedoch nicht auf ZBT-SRAM-Speicherkonfigurationen beschränkt sein, sondern statt dessen können diverse andere Speicherkonfigurationen auf in der Technik bekannte Weisen implementiert werden, um die Datenspeicherung für den Rekonstruktionsprozessor 501, wie er hierin beschrieben ist, zu erzielen.
Bei dem Beispiel der 5 umfasst der Rekonstruktionsprozessor 501 die folgenden Eingangstore: Pixel, Pixelposition, Röntgenstrahlenfleckposition, M1 z, M2 z, Daten gültig, Zurücksetzen, M1 Daten ein und M2 Daten ein. Ferner umfasst der Rekonstruktionsprozessor 501 die folgenden Ausgangstore M1-Adresse, M1 Daten aus, M1-Schreibfreigabe, M2-Adresse, M2 Daten aus und M2-Schreibfreigabe. Eine kurze Beschreibung der Eingangs- und Ausgangstore findet sich nachstehend in Tabelle 1 bzw. 2.
Tabelle 1
Tabelle 2
Das Eingangstor „Pixel" des Rekonstruktionsprozessors 501 empfängt Pixel eines radiografischen Bildes (z.B. eines Röntgenstrahlenbildes), das durch die Abbildungseinrichtung 502 erfasst wurde. Beispielsweise können Pixel eines derartigen radiografischen Bildes bei einer bestimmten Frequenz (z.B. 20 Millionen Pixel pro Sekunde, 25 Millionen Pixel pro Sekunde, 50 Millionen Pixel pro Sekunde oder 100 Millionen Pixel pro Sekunde, als Beispiele) an dem Pixel-Tor empfangen werden. Während die Pixel bei bestimmten Ausführungsbeispielen eventuell nicht einzeln von der Abbildungseinrichtung 502 empfangen werden (sondern statt dessen eventuell als Gruppe oder Paket von Pixeln empfangen werden), sei angenommen, um die Erläuterung dieses Ausführungsbeispiels zu vereinfachen, dass Pixel einzeln bei einer relativ hohen Frequenz empfangen werden. Das Eingangs tor „Pixelpositionsdaten" empfängt X-, Y- und Z-Koordinaten, die dem empfangenen Pixel zugeordnet sind. Derartige Pixelpositionsdaten können beispielsweise von der Steuerung 503 empfangen werden. Desgleichen empfängt das Eingangstor „Röntgenstrahlenfleckposition" X-, Y- und Z-Koordinaten des Röntgenstrahlenflecks der Abbildungseinrichtung 502. Im einzelnen identifizieren Röntgenstrahlenfleckpositionsdaten die Position, von der das Röntgenstrahlenbündel, das dieses Pixel erzeugte, stammte (z.B. die Position der Röntgenstrahlenquelle 20 der 1A-1B). Derartige Röntgenstrahlenfleckpositionsdaten können beispielsweise von der Steuerung 503 empfangen werden.
Das Eingangstor „M1 z" empfängt eine Identifizierung der Z-Koordinate der in den Speicher M1 geschriebenen Rekonstruktionsschicht, und das Eingangstor „M2 z" empfängt eine Identifizierung der Z-Koordinate der in den Speicher M2 geschriebenen Rekonstruktionsschicht. M1 z und M2 z können von einem PC (oder einer anderen Rechenvorrichtung) empfangen werden, der bzw. die Querschnitte analysiert, oder sie können von einer von der Steuerung 503 zurückgegebenen Plattformposition berechnet werden. Man sollte beachten, dass sich M1 z und M2 z für verschiedene Regionen eines Objekts (z.B. einer Schaltungsplatine), das gerade abgebildet wird, verändern können. Beispielsweise kann M1 auf eine bestimmte Tiefenschicht für eine gegebene interessierende Region festgelegt sein, und wenn sich die interessierende Region ändert (wobei an diesem Punkt eine „Rücksetzung" stattfinden würde, wie nachfolgend beschrieben wird), kann sich M1 z ändern, und ein neuer Satz von rekonstruierten 3D-Bilddaten (Voxeln) kann für diese neue interessierende Region berechnet werden. Das Eingangstor „Zurücksetzen" kann ein Signal empfangen, das Zurücksetzen des Rekonstruktionsprozessors 501 auszulösen, was ein Löschen (z.B. Auf-Null-Setzen) der Speicher 504, die die rekonstruierten Querschnittsbilddaten speichern, umfassen kann. Das heißt, dass, nachdem ein Rücksetzsignal (z.B. eine 1) an dem Rücksetzungseingangstor empfangen wird, der Zustand des Rekon struktionsprozessors vorzugsweise initialisiert wird und die relevanten Abschnitte der Rekonstruktionsspeicher gelöscht werden. Man sollte sich darüber im klaren sein, dass die Rekonstruktionsspeicher bei bestimmten Implementierungen nicht explizit gelöscht werden müssen, sondern dass ihre Daten statt dessen bei dem ersten Schreibvorgang nach einer Zurücksetzung überschrieben werden können (somit kann der Speicher effektiv gelöscht werden, ohne explizit gelöscht zu werden).
Das Eingangstor „M1 Daten ein" empfängt ein Voxel von dem durch die M1-Adresse spezifizierten Rekonstruktionsspeicher M1, und das Eingangstor „M2 Daten ein" empfängt ein Voxel von dem durch die M2-Adresse spezifizierten Rekonstruktionsspeicher M2. Wie nachstehend näher beschrieben wird, verwendet der Rekonstruktionsprozessor 501 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Pixelpositions-, Röntgenstrahlenfleckpositions- und M1 z- und M2 z-Informationen, um die Voxel zu bestimmen, zu denen das empfangene Pixel beitragen wird, und gewinnt anschließend diese Voxel über die Tore M1 Daten ein bzw. M2 Daten ein von den Rekonstruktionsspeichern M1 bzw. M2 wieder. Das heißt, dass der Rekonstruktionsprozessor die empfangenen Pixelpositions-, Röntgenstrahlenfleckpositions- und M1 z- und M2 z-Daten verwendet, um die X- und Y-Koordinaten eines Voxels für eine in M1 gespeicherte erste Tiefenschicht zu berechnen und um die X- und Y-Koordinaten eines Voxels für eine in M2 gespeicherte zweite Tiefenschicht, zu denen das empfangene Pixel beitragen wird, zu berechnen. Nachdem bestimmt wurde, zu welchen Voxeln das empfangene Pixel beitragen wird, kann der Rekonstruktionsprozessor die M1-Adresse und die M2-Adresse dieser Voxel ausgeben (siehe die Ausgaben des beispielhaften Rekonstruktionsprozessors 501), und auf diese M1-Adresse und M2-Adresse kann zugegriffen werden, um ihre entsprechenden Voxeldaten über die Tore M1 Daten ein bzw. M2 Daten ein wiederzugewinnen.
Während des Rekonstruktionsprozesses werden teilweise (bzw. unvollständige) 3D-Rekonstruktionsdaten (Voxel) in den Rekonstruktionsspeichern M1 und M2 gespeichert, und während Pixel empfangen werden, werden die entsprechenden Voxel, zu denen diese Pixel beitragen, wiedergewonnen und mit dem Beitrag dieser Pixel aktualisiert. Danach werden die aktualisierten Voxel in ihre jeweiligen Speicheradressen zurück geschrieben. Somit legt der Rekonstruktionsprozessor, nachdem die Voxeldaten über die Tore M1 Daten ein und M2 Daten ein empfangen wurden, den Beitrag des empfangenen Pixels parallel an jedes der Voxel an (unter Verwendung eines Bildverarbeitungsalgorithmus wie z.B. eines Verschieben-Und-Hinzufügen-Algorithmus oder eines anderen auf Rückprojektion beruhenden Algorithmus) und gibt die sich ergebenden Voxel als M1 Daten aus bzw. M2 Daten aus aus. Im einzelnen wird das aktualisierte Voxel (auf das der Beitrag des empfangenen Pixels angewendet ist) des Speicherplatzes „M1-Adresse" wieder an eine solche M1-Adresse ausgeschrieben, und das aktualisierte Voxel des Speicherplatzes „M2-Adresse" wird wieder an eine solche M2-Adresse ausgeschrieben.
Die Ausgangstore „M1-Schreibfreigabe" (bzw. „M1 write enable") und „M2-Schreibfreigabe" (bzw. „M2 write enable") geben ein Signal aus, ihre jeweiligen Rekonstruktionsspeicher zu steuern. Das heißt, dass die Tore M1-Schreibfreigabe und M2-Schreibfreigabe ein Signal ausgeben, um anzugeben, ob an ihren jeweiligen Speichern eine Lese- oder eine Schreiboperation durchzuführen ist. Falls beispielsweise ein Lesesignal (z.B. eine 0) durch M1-Schreibfreigabe ausgegeben wird, wird für die M1-Adresse ein Lesevorgang durchgeführt, und die Voxeldaten dieser M1-Adresse werden bei dem Tor M1 Daten ein als Eingang an den Prozessor 501 zurückgegeben. Falls dagegen ein Schreibsignal (z.B. eine 1) durch M1-Schreibfreigabe ausgegeben wird, wird ein Schreibvorgang von M1 Daten aus an die M1-Adresse durchgeführt.
Die Eingangstore „Pixel", „Pixelposition", „Röntgenstrahlenfleckposition", „M1 z" und „M2 z" werden als gültig betrachtet, wenn die Eingabe in das Tor „Daten gültig" angibt, dass derartige Eingaben gültig sind (z.B. wenn die Eingabe in das Tor „Daten gültig" 1 beträgt). Beispielsweise kann die Ausgabe von Pixeldaten aus der Abbildungseinrichtung 502 eventuell manchmal unterbrochen werden, was bewirkt, dass an dem Eingangstor „Pixel" keine gültigen Pixeldaten empfangen werden. Beispielsweise wird das geprüfte Objekt (z.B. eine Schaltungsplatine) eventuell in der Abbildungseinrichtung 502 bewegt (z.B. neu positioniert), wobei während dieses Vorgangs eventuell keine gültigen Daten in eines oder mehrere der Eingangstore des Prozessors 501 eingegeben werden. Andere Gründe für „Daten gültig", die angeben, ob gültige Daten an den Eingangstoren verfügbar sind, bestehen darin, dass die Abbildungseinrichtung eine andere Datenrate als der Prozessor 510 aufweisen kann oder dass aufgrund dessen, dass der Bildsensor zum Zweck einer Belichtung die Datenübertragung anhält und die Datenübertragung zum Zweck eines Auslesens wieder aufnimmt, Bursts von Bildsensordaten vorliegen könnten.
Wenn die Eingaben durch das Tor „Daten gültig" als gültig angegeben werden, werden sie vorzugsweise in einem FIFO-Speicher (FIFO = first-in, first-out; zuerst rein, zuerst raus) gespeichert, der ein Bestandteil des Rekonstruktionsprozessors 501 ist, wie in Verbindung mit 6 nachstehend näher beschrieben wird. Bei der beispielhaften Implementierung der 5 führt der Rekonstruktionsprozessor 501 für jedes gültige empfangene Eingangspixel sowohl einen Lese- als auch einen Schreibvorgang aus den Rekonstruktionsspeichern durch, was bewirkt, dass für jedes gültige Eingangspixel zwei globale Taktzyklen verbraucht werden. Das heißt, dass, nachdem ein Pixel durch den Rekonstruktionsprozessor 501 empfangen wird, er die Voxeldaten, zu denen das, Pixel beitragen wird, wiedergewinnt (liest) (in dem Beispiel der 5 als „M1 Daten ein" und „M2 Daten ein"), und nachdem der Beitrag des empfangenen Pixels auf diese wiedergewonnenen Voxel angewendet wird, werden die sich ergebenden Voxel wieder in ihre entsprechende Speicheradresse ausgeschrieben. Somit ist die maximale Rate von gültigen Eingangspixeln vorzugsweise so implementiert, dass sie nicht mehr als die halbe globale Taktgeschwindigkeit beträgt, um zu gewährleisten, dass der FIFO-Speicher nicht überläuft. Der Allgemeingültigkeit halber sei angenommen, dass die Eingangsabtastwerte (Pixel, Pixelposition, Röntgenstrahlenfleckposition, M1 z und M2 z), die einem einzelnen, feststehenden Sichtfeld zugeordnet sind, in einer willkürlichen Reihenfolge ankommen können.
6 zeigt ein ausführlicheres Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Rekonstruktionsprozessors 501. Bei dieser beispielhaften Implementierung umfasst der Prozessor 501 einen FIFO- und SYNC-Block 601 sowie parallele Rekonstruktionspipelines 602 und 603. Somit veranschaulicht dieses beispielhafte Blockdiagramm, dass die zwei Rekonstruktionsspeicher M1 und M2 parallel aktualisiert werden. Die M1-Pipeline 602 umfasst einen Rückprojektion-Block 604A und einen Zu-Speicher-Hinzufügen-Block 605A, und die M2-Pipeline 603 umfasst einen Rückprojektion2-Block 604B und Zu-Speicher2-Hinzufügen-Block 605B. Rückprojektion 604A und Zu-Speicher-Hinzufügen 605A verarbeiten ein empfangenes Pixel für den Speicher M1, wohingegen Rückprojektion2 604B und Zu-Speicher2-Hinzufügen 605B gleichzeitig dasselbe Pixel für den Speicher M2 verarbeiten (jedoch unter Verwendung eines anderen Z-Parameters). Rückprojektion2 604B und Zu-Speicher2-Hinzufügen 605B sind (Hardware-)Kopien von Rückprojektion 604A und Zu-Speicher-Hinzufügen 605A. Eine bevorzugte Implementierung verwendet eine pipelineartige Architektur, beispielsweise die oben kurz beschriebene, um eine maximale Busnutzung für die Rekonstruktionsspeicher zu erhalten.
Als Beispiel für Pipelinestufen, die bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung implementiert sein können, werden in einer ersten Pipe-Stufe Eingaben „Pixel", „Pixelposition", „Röntgenstrahlenfleckposition", M1 z und M2 z in FIFO und Sync 601 empfangen und werden in der nächsten Pipe-Stufe anschließend an Rückprojektion 604A und Rückprojektion2 604B ausgegeben. Ansprechend auf das Signal „Daten bereit" bestimmen Rückprojektion 604A und Rückprojektion2 604B das Voxel ihrer jeweiligen Tiefenschichten, zu dem das empfangene Pixel beiträgt, und geben diese „Adresse" an Zu-Speicher-Hinzufügen 605A und Zu-Speicher2-Hinzufügen 605B aus. In der nächsten Pipe-Stufe lesen Zu-Speicher-Hinzufügen 605A und Zu-Speicher2-Hinzufügen 605B die bestimmten Voxel (als M1 Daten ein bzw. M2 Daten ein) ein, und in der letzten Pipe-Stufe legen Zu-Speicher-Hinzufügen 605A und Zu-Speicher2-Hinzufügen 605B den Beitrag des empfangenen Pixels an das wiedergewonnene Voxel an und schreiben das sich ergebende Voxel wieder in seine Speicheradresse (M1-Adresse bzw. M2-Adresse). Man sollte erkennen, dass diese grobkörnigen Pipelinestufen unter Verwendung von feiner gekörnten Pipelinestufen implementiert werden könnten.
FIFO und Sync 601 speichert gültige Eingangsdaten für die empfangenen Eingaben Pixel, Pixelposition, Röntgenstrahlenfleckposition, M1 z und M2 z. Wenn das FIFO Daten enthält, werden die aktuellen FIFO-Daten ausgegeben und über zwei Taktzyklen zwischengespeichert. Man erinnere sich, dass, wie oben beschrieben wurde, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zwei Taktzyklen verwendet, um Voxel mit einem empfangenen Pixel zu aktualisieren (einen Taktzyklus, um die entsprechenden Voxel, zu denen das empfangene Pixel beiträgt, aus dem Speicher zu lesen, und einen zweiten Taktzyklus, um die aktualisierten Voxel, auf die der Beitrag des Pixels angewendet wurde, wieder in den Speicher zurück zu schreiben). Das Ausgangstor „Daten bereit" wird für den ersten Taktzyklus hoch und für den zweiten Taktzyklus niedrig. Falls gewünscht, könnte der FIFO- und Sync-Block 601 die Blockausgaben auch mit einem „ungeraden" oder „geraden" Taktzyklus synchronisieren.
Nach der entsprechenden Synchronisationsverzögerung gibt der FIFO- und Sync-Block 601 das bzw. die empfangene Pixel, Pixelposition und Röntgenstrahlenfleckposition an Rückprojektion 604A und Rückprojektion2 604B, als „Pixel aus", „Pixelposition aus" und „Röntgenstrahlenfleck aus" gezeigt, jeweils von dem FIFO- und Sync-Block 601 aus. Ferner gibt der FIFO- und Sync-Block 601 M1 z an Rückprojektion 604A aus und gibt M2 z an Rückprojektion2 604B aus. Ferner gibt der FIFO- und Sync-Block 601 ein Signal „Daten bereit" an Rückprojektion 604A und Rückprojektion 604B aus, um anzugeben, wann die oben beschriebenen Daten neu und gültig sind.
Rückprojektion 604A bestimmt die Rekonstruktionsspeicheradresse des Speichers M1, die aktualisiert wird, und den gewichteten Pixelwert, der zu dem aktuellen Inhalt dieser Speicheradresse hinzugefügt wird. Das heißt, dass Rückprojektion 604A die X- und Y-Koordinaten des Voxels an der „z-Position" (die dem durch den FIFO- und Sync-Block 601 empfangenen „M1 z" entspricht) bestimmt, die durch das Röntgenstrahlenbündel, das von der X-, Y- und Z-Koordinate „Röntgenstrahlenfleckposition" zu der X-, Y- und Z-Koordinate „Pixelposition" wandert, geschnitten wird. Somit verwendet Rückprojektion 604A die empfangenen Positionsdaten (Pixelposition, Röntgenstrahlenfleckposition und z-Position), um ein Voxel in dem M1-Speicher zu bestimmen, zu dem das empfangene Pixel beiträgt. Falls an dieser „z-Position" zwei oder mehr Voxel geschnitten werden, dann wird ein einzelnes ausgewählt (beispielsweise das der Pixelposition „nächstgelegene"). Die Speicheradresse, die dem ausgewählten Voxel des Speichers M1 entspricht, wird dann bestimmt, und diese Adresse wird durch Rückprojektion 604A ausgegeben. Obwohl die Erfindung eine Verwendung anderer Algorithmen für eine Voxeladressberechnung nicht von vornherein ausschließt, wird bei einer bevorzugten Implementierung ein Rückprojektionsrekonstruktionsverfahren verwendet. Falls Rückprojektion 604A ein Voxel auswählt, das nicht in dem Rekonstruktionsspeicher dargestellt ist, wird eine feststehende außerhalb der Grenzen liegende Adresse erzeugt. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann der Rückprojektion-Block 604A ein gewichtetes Pixel ausgeben, das dem Umfang des Sich-Schneidens des Voxels und des Röntgenstrahlenbündels entspricht. Bei anderen Ausführungsbeispielen können bei dem Rekonstruktionsprozess jedoch alle empfangenen Pixel gleichermaßen gewichtet werden. Die Ausgaben von Rückprojektion 604A werden synchronisiert, so dass, falls das Signal „Daten-bereit-durch" bei dem Taktzyklus t hoch geht, gültige Werte von „Adresse" und „gewichtetes Pixel" für die Taktzyklen t und t+1 gehalten werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dieses Signal „Daten-bereit-durch" somit zu Synchronisationszwecken verwendet. Beispielsweise können Verzögerungen (Register) zwischen „Daten bereit" und „Daten-bereit-durch" innerhalb von Rückprojektion 604A eingefügt werden, so dass Daten-bereit-durch mit den Ausgaben synchronisiert wird. Rückprojektion2 604B funktioniert auf ähnliche Weise, wie sie oben für Rückprojektion 604A beschrieben wurde, jedoch unter Verwendung der M2 z-Position, um ein Voxel in dem M2-Speicher zu bestimmen, zu dem das empfangene Pixel beiträgt.
Der Zu-Speicher-Hinzufügen-Block 605A liest den aktuellen Inhalt der durch Rückprojektion 604A ausgegebenen „Speicheradresse", legt den Beitrag von „gewichtetes Pixel" an den Lesewert an und schreibt die Summe wieder in die „Speicheradresse" zurück. Je nach dem implementierten Bildverarbeitungsalgorithmus kann der Beitrag von „gewichtetes Pixel" auf eine von mehreren verschiedenen Arten auf ein Voxel angewendet werden, z.B. Addieren des Wertes des Pixels zu dem Voxel oder Anwenden des maximalen Wertes eines für das Voxel gelesenen Pixels auf dieses Voxel. Somit gewinnt Zu-Speicher-Hinzufügen 605A das Voxel des Speichers M1, zu dem das Pixel gemäß der Feststellung durch Rückprojektion 604A beiträgt, wieder, und Zu-Speicher-Hinzufügen 605A legt dann den Beitrag des empfangenen Pixels an dieses wiedergewonnene Voxel an und schreibt das sich ergebende Voxel wieder in seine Speicheradresse zurück. Zu-Speicher- Hinzufügen2 605B funktioniert auf ähnliche Weise, wie sie oben für Zu-Speicher-Hinzufügen 605A beschrieben wurde, jedoch unter Verwendung des durch Rückprojektion2 604B bestimmten Voxels des Speichers M2.
Da die in den Rekonstruktionsprozessor 601 eingegebenen Abtastwerte (Pixel) bei dieser beispielhaften Implementierung willkürlich sind, sind die durch Zu-Speicher-Hinzufügen 605A aktualisierten Speicheradressen willkürlich. Das heißt, dass bei dieser beispielhaften Implementierung Voxel auf willkürliche Weise rekonstruiert werden. Somit lässt man beim Handhaben von verschachtelten Lesevorgängen und Schreibvorgängen Sorgfalt walten, um die Möglichkeit zu vermeiden, dass eine aktuelle Speicheraktualisierungsoperation von einer Speicheradresse liest, die noch nicht durch eine vorherige Speicheraktualisierung geschrieben wurde. Der ZBT-SRAM oder ein NoBL-SRAM (NoBL SRAM = No Bus Latency SRAM, Kein-Bus-Latenz-SRAM) ermöglicht verschachtelte Lese- und Schreibvorgänge ohne Bus-Tot-Zyklen. Mit anderen Worten können ZBT-SRAMs zum Zweck einer hundertprozentigen Buseffizienz jeden Taktzyklus lesen oder schreiben. Um eine potentielle Datenverfälschung bei dieser beispielhaften Implementierung zu vermeiden, ist es wichtig, dass der aktualisierte Wert nach dem Lesevorgang bei dem nächsten Taktzyklus geschrieben wird. Da die Aktualisierung eines Voxels mit einer Hardware-Hinzufügen-Operation durchgeführt werden kann (wobei der Beitrag des empfangenen Pixels zu dem wiedergewonnenen Voxel von M1 hinzugefügt wird), kann das Ein-Zyklus-Zeitgebungserfordernis bei einer derartigen Implementierung erfüllt werden. Zu-Speicher-Hinzufügen 605A wird vorzugsweise auf diese Weise implementiert.
Bei vielen Implementierungen können die Erfordernisse, die sich auf verschachtelte Speicherlese- und Schreibvorgänge beziehen, gelockert werden. Üblicherweise sind die Speicherzugriffe nicht willkürlich, sondern folgen statt dessen einem vorbestimmten Muster oder sind auf andere Weise mehr oder weniger regelmäßig. Ausführungsbeispiele der vorlie genden Erfindung ermöglichen eine Implementierung jeglichen beliebigen Musters, was je nach Art des Prüfobjekts variieren kann. Das heißt, das der Rekonstruktionsprozessor 501 flexibel genug ist, um den Empfang eines beliebigen willkürlichen Musters von Pixeln zu ermöglichen, und allgemein ist das zu verwendende spezifische Muster vorbestimmt. Falls zum Erfassen und/oder Kommunizieren von Pixeln eines Objekts an den Rekonstruktionsprozessor bestimmte Mustertypen verwendet werden sollen, können manche der Entwurfsüberlegungen des Rekonstruktionsprozessors gelockert werden. Beispielsweise kann unter Verwendung eines vorbestimmten Musters von aufeinander folgenden Speicherzugriffen, die die Möglichkeit einer Datenverfälschung eliminieren, ein Verschieben-Und-Hinzufügen-Rekonstruktionsalgorithmus (oder ein anderer auf Rückprojektion beruhender Rekonstruktionsalgorithmus) implementiert sein. Das heißt, dass zum Erfassen von radiografischen Bildern und zum Kommunizieren von Pixeln derselben an den Rekonstruktionsprozessor 501 ein vorbestimmtes Muster verwendet werden kann, derart, dass keine Datenverfälschung auftritt. Somit kann der Rekonstruktionsprozessor 501 in Fällen, bei denen Speicherzugriffe nicht willkürlich sind, mit einer hohen Speicherbusnutzung implementiert sein, die nicht die oben erwähnten spezialisierten Speicher- und Zeitgebungsanforderungen aufweist. Demgemäß kann der Rekonstruktionsprozessor 501 bei bestimmten Ausführungsbeispielen zur Verwendung mit jeglichen einer Mehrzahl von verschiedenen vorbestimmten Mustern von empfangenden Pixeln konfiguriert sein (z.B. Mustern, die nicht zwei aufeinander folgende Pixel, die zu denselben Voxeln beitragen, in den Rekonstruktionsprozessor eingeben). Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, wie es hierin beschrieben ist, ist konfiguriert, um in der Lage zu sein, jegliches willkürliche Muster von Pixeln von einem radiografischen Abbildungssystem zu empfangen und die Pixel auf die hierin beschriebene Weise effizient zu verarbeiten, was eine hohe Flexibilität und Anwendbarkeit bei vielen verschiedenen Arten von Konfigurationen von radiografischen Abbildungssystemen liefert.
Ferner sollte man erkennen, dass an der oben beschriebenen beispielhaften Implementierung verschiedene andere Modifizierungen durchgeführt werden können. Beispielsweise können statt des oder zusätzlich zu dem ZBT-SRAM zum Speichern von rekonstruierten Bilddaten (Voxeln) herkömmlichere Speicher wie z.B. SDRAM, DDR SDRAM und/oder QDR SDRAM verwendet werden. Obwohl die oben beschriebene beispielhafte Implementierung eine Schreiboperation für ein modifiziertes Voxel in einem Taktzyklus durchführt, der unmittelbar auf den Taktzyklus folgt, in dem das Voxel gelesen wurde, kann bei bestimmten anderen Implementierungen zusätzlich die Schreiboperation einer Speicheraktualisierung viele Taktzyklen nach der Leseoperation stattfinden (z.B. bei einer Implementierung unter Verwendung eines vorbestimmten Musters von aufeinander folgenden Speicherzugriffen statt willkürlicher Speicherzugriffe, oder falls eine zusätzliche Hardwareverarbeitung mögliche Datenverfälschungsprobleme berücksichtigt). Ein weiteres relativ einfaches Verfahren zum Vermeiden einer Datenverfälschung besteht darin, einen Prozessortakt zu verwenden, der relativ zu dem Speichertakt langsamer ist (so dass für jedes Pixel mehrere Speicherzyklen vorliegen).
Während die beispielhafte Implementierung der 6 ferner zu jeglichem Zeitpunkt jeweils immer nur ein Pixel empfängt (z.B. ein Pixel alle zwei Taktzyklen des Rekonstruktionsprozessors), können verschiedene andere Implementierungen ermöglichen, dass mehrere Pixel in einem einzigen Taktzyklus empfangen werden. Ferner kann bei bestimmten Implementierungen (z.B. Implementierungen auf der Basis von Verschieben-Und-Hinzufügen) eine Mehrzahl von Pixeln parallel auf eine Mehrzahl von Voxeln angewendet werden. Zusätzlich können bestimmte Implementierungen Speicherburstoperationen verwenden, um die Speicherbusnutzung zu erhöhen. Wie in der Technik hinreichend bekannt ist, gilt, bei einem Speicherdatenblatt: die Burstlänge bestimmt die maximale Anzahl von Spaltenpositionen, auf die für einen gegebenen LESEN- oder SCHREIBEN-Befehl zugegriffen werden kann. Burstlängen von 1, 2, 4 oder 8 Positionen stehen sowohl für die sequentiellen als auch die verschachtelten Bursttypen zur Verfügung, und ein Vollseitenburst steht für den sequentiellen Typ zur Verfügung, um Beispiele zu nennen. Der Vollseitenburst wird in Verbindung mit dem Befehl BURST BEENDEN verwendet, um willkürliche Burstlängen zu erzeugen. Bestimmte Implementierungen können eine ausgefeiltere Speicherschnittstellenbildung umfassen, beispielsweise einschließlich von Firmware-Cachespeichermechanismen.
7 zeigt eine beispielhafte Übersicht über eine Prüfsystemkonfiguration 700, bei der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung implementiert sein können. Wie gezeigt ist, umfasst das Prüfsystem 700 eine Röntgenstrahlen-Abbildungseinrichtung 502, eine Festmusterrauschkorrektureinheit 701, eine geometrische Kalibrierungseinheit 702, einen Rekonstruktionsprozessor 501 und Rekonstruktionsspeicher 504. Bei typischen Prüfsystemen müssen die durch die Abbildungseinrichtung 502 ausgegebenen Bilddaten möglicherweise kalibriert werden. Demgemäß können die Festmusterrauschkorrektureinheit 701 und die geometrische Kalibrierungseinheit 702 zum Kalibrieren der Bilddaten, bevor sie durch den Rekonstruktionsprozessor 501 verarbeitet werden, enthalten sein. Beispielsweise umfassen Abbildungseinrichtungen auf Digitalbasis üblicherweise mehrere Analog-/Digitalwandler (A-/D-Wandler), denen jeweils ein anderer Gewinn zugeordnet ist. Dementsprechend führt die Festmusterrauschkorrektureinheit 701 eine Gewinnanpassung für die verschiedenen A-/D-Wandler in der Abbildungseinrichtung 502 durch. Ferner können aufgrund von Herstellungsfehlern des Bildsensors bestimmte Pixel in den Bilddaten fehlen, und ihre Werte müssen interpoliert werden. Somit kann die Festmusterrauschkorrektureinheit 701 durch in der Technik bekannte Verfahren die fehlenden Pixel erfassen und ihre Werte interpolieren. Die geometrische Kalibrierungseinheit 702 führt eine Anpassung bezüglich der Helligkeit durch, da die Helligkeit mit zunehmender Entfernung der Pixel von der Röntgenstrahlenquelle abnimmt. Die Festmusterrauschkorrektureinheit 701 und die geometrische Kalibrierung 702 können als separate Vorrichtungen implementiert sein oder können in demselben FPGA enthalten sein, in dem der Rekonstruktionsprozessor 501 implementiert ist, um Beispiele zu nennen.
Man sollte erkennen, dass Ausführungsbeispiele der Erfindung skalierbar sind. Im einzelnen sind sie in zwei Richtungen skalierbar. Beispielsweise können Ausführungsbeispiele des hierin beschriebenen Rekonstruktionsprozessors innerhalb eines Prüfsystems dupliziert werden, um die Anzahl von Z-Schicht-Rekonstruktionsspeichern zu erhöhen. 8 zeigt eine beispielhafte Konfiguration 900, bei der die Anzahl von Rekonstruktionsspeichern durch Aufnahme von zwei Rekonstruktionsprozessoren 501A und 501B um einen Faktor von zwei erhöht ist. Der Rekonstruktionsprozessor 501A kann auf die bei den obigen Beispielen beschriebene Weise implementiert sein, wobei er Pixel- und Positionsdaten 801 empfangen und diese Pixel- und Positionsdaten verwenden kann, um mehrere Tiefenschichten parallel zu rekonstruieren. Die rekonstruierten Bilddaten (Voxel) des Rekonstruktionsprozessors 501A werden in den Rekonstruktionsspeichern 504A gespeichert. Bei diesem Beispiel umfassen die Rekonstruktionsspeicher 504A die Speicher M1_A, M2_A, M3_A und M4_A, wobei jeder zum Speichern von rekonstruierten Bilddaten, die einer bestimmten Tiefenschicht des Prüfobjekts zugeordnet sind, dient. Zusätzlich ist auch ein zweiter Rekonstruktionsprozessor 501B implementiert, der ebenfalls Pixel- und Positionsdaten 801 empfangen kann und diese Pixel- und Positionsdaten verwenden kann, um mehrere Tiefenschichten parallel zu rekonstruieren. Die rekonstruierten Bilddaten (Voxel) des Rekonstruktionsprozessors 501B werden in Rekonstruktionsspeichern 504B gespeichert. Bei diesem Beispiel umfassen die Rekonstruktionsspeicher 504B die Speicher M1_B, M2_B, M3_B und M4_B, wobei jeder zum Speichern von rekonstruierten Bilddaten, die einer bestimmten Tiefenschicht des Prüfobjekts zugeordnet sind, dient. Somit wird die Gesamtanzahl von Rekonstruktionsspeichern durch Hinzu fügen des zweiten Rekonstruktionsprozessors 501B verdoppelt. Man sollte erkennen, dass die Rekonstruktionsprozessoren 501A und 501B parallel laufen können, so dass die Leistungsfähigkeit mit der Anzahl von Rekonstruktionsprozessoren linear zunimmt.
Die Anzahl von Pixel- und Positionseingangsbussen kann ebenfalls erhöht werden, wenn man annimmt, dass die Pixel- und Positionseingaben alle demselben Sichtfeld zugeordnet sind. 9 zeigt eine beispielhafte Konfiguration 900, bei der die Anzahl von verwendeten Pixel- und Positionseingangsbussen durch Aufnahme von zwei Pixel- und Positionseingangsbussen 901 und 902 um einen Faktor von zwei erhöht wird. Bei dem in 9 gezeigten Beispiel wird für jeden Pixel- und Positionsbus ein separater Rekonstruktionsprozessor verwendet. Im einzelnen ist der Rekonstruktionsprozessor 501A mit dem Pixel- und Positionsbus 901 gekoppelt, und der Rekonstruktionsprozessor 501B ist mit dem Pixel- und Positionsbus 902 gekoppelt. Bei diesem Beispiel sind die Rekonstruktionsspeicher 504A mit dem Rekonstruktionsprozessor 501A gekoppelt und umfassen die Speicher M1_A, M2_A, M3_A und M4_A, die jeweils zum Speichern von rekonstruierten Bilddaten, die einer bestimmten Tiefenschicht des Prüfobjekts zugeordnet sind, dienen. Ferner sind die Rekonstruktionsspeicher 504B mit dem Rekonstruktionsprozessor 501B gekoppelt und umfassen die Speicher M1_B, M2_B, M3_B und M4_B, die jeweils zum Speichern von rekonstruierten Bilddaten, die einer bestimmten Tiefenschicht des Prüfobjekts zugeordnet sind, dienen. Bei diesem Beispiel speichern die Speicher M1_A und M1_B rekonstruierte Bilddaten für eine gemeinsame Z-Schicht, wie auch die Speicher M2_A und M2_B, die Speicher M3_A und M3_B sowie die Speicher M4_A und M4_B.
Bei dieser Konfiguration speichern die Rekonstruktionsspeicher 504A die Zurückprojizierten Summen von dem Pixelbus 901, und die Rekonstruktionsspeicher 504B speichern die Zurückprojizierten Summen von dem Pixelbus 902. Nachdem alle Pixel für ein Sichtfeld durch die Rekonstruktionsprozessoren 501A und 501B verarbeitet wurden, werden die Rekonstruktionsspeicher 504A und 504B summiert, um das abschließende Rekonstruktionsbild zu erhalten. Das heißt, dass die Rekonstruktionsspeicher M1_A und M1_B summiert werden (oder auf andere Weise verarbeitet werden, z.B. durch Identifizieren des Maximalwerts und durch Anwenden dieses Maximalwerts auf das Voxel), um ein rekonstruiertes Bild für eine erste Tiefenschicht zu erzeugen, dass die Speicher M2_A und M2_B summiert (oder gemäß einem Rekonstruktionsalgorithmus auf andere Weise verarbeitet) werden, um ein rekonstruiertes Bild für eine zweite Tiefenschicht zu erzeugen, dass die Speicher M3_A und M3_B summiert (oder auf andere Weise verarbeitet) werden, um ein rekonstruiertes Bild für eine dritte Tiefenschicht zu erzeugen, und dass die Speicher M4_A und M4_B summiert (oder auf andere Weise verarbeitet) werden, um ein rekonstruiertes Bild für eine vierte Tiefenschicht zu erzeugen. Man sollte erkennen, dass die Rekonstruktionsprozessoren 501A und 501B parallel laufen, so dass die Leistungsfähigkeit mit der Anzahl von Rekonstruktionsprozessoren linear zunimmt, mit Ausnahme eines geringen Zusatzaufwandes für das Summieren (oder anderweitige Verarbeiten) der Speicherpaare der Rekonstruktionsprozessoren.
Hinsichtlich des Vorstehenden liefern Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mehrere Vorteile gegenüber bekannten Bildverarbeitungstechniken. Erstens ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine gleichzeitige Rekonstruktion mehrerer gesonderter Tiefenschichten (oder „Z-Schichten") eines Prüfobjekts. In Fällen, bei denen mehrere Tiefenschichten für eine Analyse erforderlich sind, verbessert eine derartige gleichzeitige Rekonstruktion die Leistungsfähigkeit.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können die Systemkosten verringern, indem sie eine Präzisionspositionierungs- oder Bereichsfindungshardware unnötig machen.
Beispielsweise könnte ein Satz von Tiefenschichten in der ungefähren Region parallel rekonstruiert werden, und die gewünschte Tiefenschicht könnte algorithmisch bestimmt werden. Beispielsweise könnte ein Autofokus- oder Korrelationsalgorithmus verwendet werden, um die gewünschte Schicht aus dem Satz von rekonstruierten Schichten zu bestimmen. Somit können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu einer kostengünstigen Implementierung zum Finden und Prüfen einer bestimmten Tiefenschicht eines Objekts beitragen. Beispielsweise bei der Prüfung von gedruckten Schaltungsplatinen muss üblicherweise für jedes Sichtfeld eine geringe Anzahl von bestimmten Tiefenschichten geprüft werden. Übliche Prüfschichten sind Lötverbindungen auf der Oberfläche der Platine, und die Oberseite und Unterseite von Kugelrasterarrays, um Beispiele zu nennen. Ein Verfahren, das üblicherweise zum Erhalten einer einzelnen fokussierten Rekonstruktion verwendet wird, besteht darin, eine teure Präzisionspositionierungshardware zu verwenden, um die gewünschte Tiefenschicht bei einer bekannten Höhe zu platzieren. Jedoch können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um mehrere gut gewählte Tiefenschichten parallel zu rekonstruieren und die eine, die der gewünschten Tiefenschicht oder einer Referenzschicht, beispielsweise der Oberseite der PC-Platine, am besten entspricht, algorithmisch zu bestimmen und somit die erforderliche Positionierungshardware zu eliminieren (oder deren Komplexität zu verringern).
Bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verarbeiten Eingangspixel in Echtzeit für Pixelabtastraten, die geringer als die oder gleich der halben globalen Taktrate des Rekonstruktionsprozessors sind. In diesem Sinne bedeutet ein Verarbeiten der Eingangspixel in „Echtzeit", dass ein empfangenes Pixel in einem feststehenden, konstanten Zeitraum (z.B. zwei Taktzyklen) zum parallelen Anwenden des Beitrag dieses Pixels auf Voxel einer Mehrzahl von verschiedenen Tiefenschichten verarbeitet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise für jeden zweiten auf einander folgenden globalen Taktzyklen ein Pixel aus dem FIFO in die Berechnungspipeline gelesen werden, und mehrere Rekonstruktionsspeicheraktualisierungen treten entsprechend einem vorherigen Pixel gleichzeitig auf. Somit besteht eine relativ geringe feststehende Latenz von dem Zeitpunkt, zu dem ein Pixel aus dem FIFO gelesen wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Rekonstruktionsspeicheraktualisierung, die diesem Pixel entspricht, abgeschlossen ist. Wie oben erwähnt wurde, kann der Rekonstruktionsprozessor bei bestimmten Ausführungsbeispielen ein Pixel bei einer Rate von einem Pixel alle zwei Taktzyklen in seine Verarbeitungspipelines aufnehmen, und jedes Pixel braucht eine geringe festgelegte Zeit (z.B. zwanzig Taktzyklen), um in der Pipeline vollständig verarbeitet zu werden. Eine Echtzeit-Rekonstruktion ist ein deutlicher Vorteil, der bei vielen Anwendungen kritisch ist. Insbesondere hängt die praktische Anwendbarkeit von automatisierten Röntgenstrahlenprüfsystemen bei vielen Umgebungen, z.B. Produktionsumgebungen, vom Durchsatz ab.
Ein weiterer Vorteil von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine generische (oder flexible) Bildrekonstruktionsvorrichtung vorgesehen ist, die bei einer jeglichen von diversen verschiedenen Konfigurationen eines radiografischen Abbildungssystems verwendet werden kann und/oder in der eine beliebige von diversen unterschiedlichen Bildverarbeitungstechniken zum Verarbeiten von empfangenen Bildpixeln, um Querschnittsbilder zu rekonstruieren, implementiert sein kann. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert eine Bildrekonstruktionsvorrichtung, die wirksam ist, um eine effiziente Bildrekonstruktion (z.B. unter Verwendung einer parallelen Rekonstruktion mehrerer Querschnitte) für jegliche von diversen unterschiedlichen Konfigurationen eines radiografischen Abbildungssystems zu liefern. Somit ist die Operation der Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels nicht von einer bestimmten Konfiguration eines radiografischen Abbildungssystems (z.B. einem bestimmten Abtastweg oder Schrittmuster, einer bestimmten Detektorarrayanordnung usw.) abhängig, um eine parallele Rekonstruktion mehrerer Querschnitte zu liefern. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Bildrekonstruktionsvorrichtung vielmehr wirksam, um willkürliche Pixel (d.h. Pixel in einer beliebigen Reihenfolge) von einem radiografischen Abbildungssystem zu empfangen, die Voxel jedes einer Mehrzahl von Querschnitten, zu denen ein empfangenes Pixel beiträgt, zu bestimmen, und den jeweiligen Beitrag dieses Pixels auf jedes der bestimmten Voxel anzuwenden. Demgemäß muss das radiografische Abbildungssystem nicht auf eine bestimmte Weise konfiguriert sein, um ein paralleles Verarbeiten durch die Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels zu ermöglichen, sondern statt dessen können in Verbindung mit der Bildrekonstruktionsvorrichtung beliebige einer Mehrzahl von verschiedenen Konfigurationen eines radiografischen Abbildungssystems verwendet werden, die digitale Bilddaten (Pixel) für ein Prüfobjekt ausgeben.
Beispielsweise ermöglichen bestimmte Ausführungsbeispiele eine parallele Rekonstruktion von Tiefenschichten für ein Abbildungssystem, das einen unregelmäßigen Sensor und/oder eine unregelmäßige Reihenfolge zum Erfassen von Pixeln umfasst. Als Beispiel eines unregelmäßigen Sensors, der implementiert sein kann, kann ein Sensor nicht-zusammenhängend sein. Beispielsweise sind beispielhafte Konfigurationen von nicht-zusammenhängenden Sensoren in den 10A-10C gezeigt. 10A zeigt einen ersten nicht-zusammenhängenden Sensor 30A, der ein Array von Sensoren umfasst, die in einer Kreuzstruktur mit einem darin befindlichen Loch (bzw. einem Nicht-Vorliegen von Sensoren) 1001 angeordnet sind. 10B zeigt einen weiteren nicht-zusammenhängenden Sensor 30B, der ein Array von Sensoren umfasst, die in einem rechteckigen Muster mit darin befindlichen Löchern (bzw. einem Nicht-Vorliegen von Sensoren) 1002 und 1003 angeordnet sind. Ein weiteres Beispiel besteht darin, mehrere nicht-zusammenhängende Liniensensoren zu verwenden, wie bei der Sensoranordnung 30_c in 10C, um Sensorkosten zu minimieren und durch ein Bewegen des Objekts Ansichten aus vielen Winkeln zu erhalten; Eingangskoordinaten für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können mathematisch verschoben werden, um die Objektbewegung zu berücksichtigen. Diverse andere Anordnungen von nicht-zusammenhängenden Sensoren können bei einem Abbildungssystem verwendet werden, und die Rekonstruktionsprozessoren von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung (z.B. des Ausführungsbeispiels der 6) sind mit derartigen Anordnungen von nicht-zusammenhängenden Sensoren betreibbar, um auf die oben beschriebene Weise mehrere Tiefenschichten parallel zu rekonstruieren. Eine derartige nicht-zusammenhängende Sensoranordnung kann bei bestimmten Anwendungen, z.B. beim Abbilden bestimmter Objekte, wünschenswert sein.
Ferner können bei der Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beliebige von diversen unterschiedlichen Bildverarbeitungstechniken zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern implementiert sein. Beispielsweise sind in der Technik diverse Rückprojektions- und andere Bildverarbeitungstechniken bekannt, und bei der Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels können beliebige einer Mehrzahl von unterschiedlichen Typen von Bildverarbeitungstechniken implementiert sein. Beispielsweise können beliebige Bildverarbeitungstechniken (z.B. Technik auf Rückprojektionsbasis, einschließlich Verschieben-Und-Hinzufügen-Techniken), die in dem Rückprojektion-Block 604A des Beispiels der 6 zum Empfangen der in diesen Rückprojektion-Block 604A eingegebenen Informationen wirksam sind und zum Verwenden dieser Informationen dazu, den Beitrag eines Pixels auf ein Voxel einer Tiefenschicht anzuwenden, verwendet werden. Somit ist die parallele Rekonstruktion mehrerer Tiefenschichten nicht ausschließlich auf einen spezifischen Rekonstruktionsalgorithmus beschränkt, sondern ermöglicht statt dessen, dass beliebige von diversen unterschiedlichen Rekonstruktionsal gorithmen verwendet werden (z.B. kann ein Rekonstruktionsalgorithmus, der speziell für eine bestimmte Anwendung ausgelegt ist, selektiv verwendet werden).
Ein weiterer Vorteil von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie skalierbar sind. Durch Erhöhen der Anzahl von implementierten Rekonstruktionsprozessoren kann beispielsweise die Gesamtanzahl von Rekonstruktionsspeichern erhöht werden (wie oben bei 8 beschrieben wurde). Ferner ist die Anzahl von Eingangspixelbussen skalierbar (wie oben bei 9 beschrieben wurde).
Angesichts des Vorstehenden sollte man erkennen, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eines oder mehrere (z.B. alle) der folgenden Merkmale liefern können: 1) Pixel können durch das radiografische Abbildungssystem in einer willkürlichen Reihenfolge erfasst werden; 2) es können beliebige von diversen unterschiedlichen Rekonstruktionsverfahren (z.B. diverse unterschiedliche auf Rückprojektion beruhende Algorithmen) implementiert sein; 3) unregelmäßige (z.B. nicht-zusammenhängende) Detektoranordnungen können bei dem radiografischen Abbildungssystem implementiert sein; und 4) sehr große radiografische Bilder können durch das radiografische Abbildungssystem erfasst und durch den Rekonstruktionsprozessor verarbeitet werden (z.B. kann der Detektor in einem radiografischen Abbildungssystem in der Lage sein, eine sehr große Matrix von Pixeln zu erfassen). Zusätzlich zu den oben aufgezählten Merkmalen ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, dass ein Pixel derart verarbeitet wird, dass sein Beitrag auf mehrere Tiefenschichten (z.B. beim Rekonstruieren von Voxeln der mehreren Tiefenschichten) eines Objekts parallel angewendet wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile oben ausführlich beschrieben wurden, sollte man sich darüber im klaren sein, dass daran diverse Änderungen, Ersetzungen und Modifizierungen durchgeführt werden können, ohne von der Wesensart und dem Schutzumfang der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist, abzuweichen. Überdies soll der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die bestimmten Ausführungsbeispiele des bzw. der in der Spezifikation beschriebenen Prozesses, Maschine, Herstellung, Materialzusammensetzung, Einrichtungen, Verfahren und Schritte beschränkt sein. Wie Fachleute aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung ohne weiteres entnehmen können, können derzeit existierende oder in Zukunft zu entwickelnde Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Einrichtungen, Verfahren oder Schritte, die im wesentlichen dieselbe Funktion erfüllen oder im wesentlichen dasselbe Ergebnis erzielen wie die oben beschriebenen entsprechenden Ausführungsbeispiele, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Demgemäß sollen die beigefügten Patentansprüche in ihrem Schutzumfang derartige Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Einrichtungen, Verfahren oder Schritte umfassen.

Claims

Verfahren zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern eines Objekts aus radiografischen Bildern des Objekts, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen von Pixeln eines radiografischen Bildes eines Objekts (10) an einem Bildrekonstruktionsprozessor (501), der wirksam ist, um die empfangenen Pixel zu verarbeiten, um Querschnittsbilder des Objekts (10) zu rekonstruieren, wobei das Verarbeiten durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501) von der Reihenfolge, in der die Pixel empfangen werden, unabhängig ist; für zumindest ein erstes empfangenes Pixel, Bestimmen, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), einer Mehrzahl von Voxeln, zu der das zumindest erste empfangene Pixel beiträgt; und paralleles Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), eines Beitrags des zumindest einen ersten Pixels auf die Mehrzahl von Voxeln.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgenden Schritt umfasst: Bestimmen, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), einer Mehrzahl von Voxeln, zu der das empfangene Pixel beiträgt, für jedes empfangene Pixel, und paralleles Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), eines Beitrags des empfangenen Pixels auf die Mehrzahl von Voxeln, zu denen das empfangene Pixel beiträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mehrzahl von Voxeln folgendes Merkmal aufweist: ein erstes Voxel einer ersten Schicht des Objekts (10) und ein zweites Voxel einer zweiten Schicht des Objekts (10).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner folgenden Schritt umfasst: Empfangen von Positionsdaten und Verwenden der Positionsdaten für das Bestimmen der Mehrzahl von Voxeln.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Positionsdaten zumindest eines umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pixelpositionsdaten und Röntgenstrahlenfleckpositionsdaten besteht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Objekt (10) eine Schaltungsplatine umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das radiografische Bild ein Röntgenstrahlenbild umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das parallele Anwenden eines Beitrags des zumindest einen Pixels auf die Mehrzahl von Voxeln ferner folgende Schritte umfasst: Wiedergewinnen der Mehrzahl von Voxeln von einem Speicher; Anwenden eines Beitrags des zumindest einen Pixels auf die Mehrzahl von Voxeln; und Schreiben der Mehrzahl von Voxeln, wie sie durch den Beitrag des zumindest einen Pixels modifiziert wurden, in den Speicher.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das Anwenden des Beitrags des zumindest einen Pixels auf die Mehrzahl von Voxeln folgenden Schritt umfasst: Verwenden eines auf Rückprojektion beruhenden Algorithmus.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem das Anwenden des Beitrags des zumindest einen Pixels auf die Mehrzahl von Voxeln ein Verwenden einer Technik umfasst, die aus der aus folgenden bestehenden Gruppe ausgewählt ist: Rückprojektionstechnik, Verschieben-Und-Hinzufügen-Technik und Mittelwertsbildungstechnik.
Verfahren zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern eines Objekts (10) aus radiografischen Bildern des Objekts (10), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen zumindest eines Pixels eines radiografischen Bildes eines Objekts (10) an einem Bildrekonstruktionsprozessor (501); Empfangen von zugeordneten Positionsdaten für das zumindest eine Pixel an dem Bildrekonstruktionsprozessor (501); Bestimmen, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), eines ersten Voxels einer ersten Schicht des Objekts (10), zu dem das zumindest eine Pixel beiträgt, zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten, Bestimmen, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), eines zweiten Voxels einer zweiten Schicht des Objekts (10), zu dem das zumindest eine Pixel bei trägt, zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten; und paralleles Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), des jeweiligen Beitrags des zumindest einen Pixels auf das erste Voxel und auf das zweite Voxel.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das folgende Schritte umfasst: Empfangen einer Mehrzahl von Pixeln des radiografischen Bildes an dem Bildrekonstruktionsprozessor (501); Empfangen von zugeordneten Positionsdaten für jedes der Mehrzahl von Pixeln an dem Bildrekonstruktionsprozessor (501); Bestimmen, für jedes der Mehrzahl von Pixeln, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), eines ersten Voxels einer ersten Schicht des Objekts, zu dem das Pixel beiträgt, zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten, die dem Pixel zugeordnet sind, Bestimmen, für jedes der Mehrzahl von Pixeln, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), eines zweiten Voxels einer zweiten Schicht des Objekts, zu dem das Pixel beiträgt, zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten, die dem Pixel zugeordnet sind; und paralleles Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), des bestimmten Beitrags des Pixels auf das erste Voxel und das zweite Voxel für jedes der Mehrzahl von Pixeln.
Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem die zugeordneten Positionsdaten zumindest eines umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pixelpositionsdaten und Röntgenstrahlenfleckpositionsdaten besteht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das parallele Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), des jeweiligen Beitrags des zumindest einen Pixels auf das erste Voxel und auf das zweite Voxel ferner folgende Schritte umfasst: Wiedergewinnen des ersten und des zweiten Voxels von einem Speicher; Anwenden des bestimmten Beitrags des zumindest einen Pixels auf das erste und das zweite Voxel; und Schreiben des ersten und des zweiten Voxels, wie sie durch den Beitrag des zumindest einen Pixels modifiziert wurden, in den Speicher.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem das parallele Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), des jeweiligen Beitrags des zumindest einen Pixels auf das erste Voxel und das zweite Voxel folgenden Schritt umfasst: Verwenden eines auf Rückprojektion beruhenden Algorithmus.
Rekonstruktionsprozessor (501), der folgende Merkmale aufweist: zumindest ein Eingangstor zum Empfangen von Pixeln eines radiografischen Bildes eines Objekts (10); zumindest ein Eingangstor zum Empfangen von Positionsdaten, die einem empfangenen Pixel zugeordnet sind; eine Bildverarbeitungslogik, die wirksam ist, um zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten eines empfangenen Pixels ein erstes Voxel einer ersten Schicht des Objekts (10) und ein zweites Voxel einer zweiten Schicht des Objekts (10), zu denen das empfangene Pixel beiträgt, zu bestimmen; und wobei die Bildverarbeitungslogik wirksam ist, um den jeweiligen Beitrag des empfangenen Pixels parallel an das erste Voxel und das zweite Voxel anzuwenden.
Rekonstruktionsprozessor (501) gemäß Anspruch 16, der folgende Merkmale aufweist: einen mit demselben kommunikativ gekoppelten ersten Speicher (605A) zum Speichern von Voxeln für die erste Schicht des Objekts (10); und einen mit demselben kommunikativ gekoppelten zweiten Speicher (605B) zum Speichern von Voxeln für die zweite Schicht des Objekts (10).
Rekonstruktionsprozessor (501) gemäß Anspruch 17, bei dem das zumindest eine Eingangstor zum Empfangen von Positionsdaten folgende Merkmale umfasst: zumindest ein Eingangstor zum Empfangen von Daten, die eine Tiefenkoordinate für die erste Schicht des Objekts (10) identifizieren; und zumindest ein Eingangstor zum Empfangen von Daten, die eine Tiefenkoordinate für die zweite Schicht des Objekts (10) identifizieren.
Rekonstruktionsprozessor (501) gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem die Bildverarbeitungslogik folgende Merkmale umfasst: zumindest ein Eingangstor zum Wiedergewinnen des ersten Voxels von dem ersten Speicher (605A); und zumindest ein Eingangstor zum Wiedergewinnen des zweiten Voxels von dem zweiten Speicher (605B).
Rekonstruktionsprozessor (501) gemäß Anspruch 19, bei dem die Bildverarbeitungslogik ferner folgende Merkmale umfasst: zumindest ein Ausgangstor zum Schreiben des ersten Voxels, das den auf dasselbe angewendeten jeweiligen Beitrag des empfangenen Pixels aufweist, in den ersten Speicher (605A); und zumindest ein Ausgangstor zum Schreiben des zweiten Voxels, das den auf dasselbe angewendeten jeweiligen Beitrag des empfangenen Pixels aufweist, in den zweiten Speicher (605A).
Rekonstruktionsprozessor (501) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, bei dem die Bildverarbeitungslogik einen auf Rückprojektion beruhenden Algorithmus zum Anwenden des jeweiligen Beitrags des empfangenen Pixels auf das erste Voxel und das zweite Voxel aufweist.
System zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern eines Objekts (10) aus radiografischen Bildern des Objekts (10), wobei das System folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung (502) zum Erfassen von Pixeln eines Objekts (10), wobei die Einrichtung zum Erfassen (502) eine Anordnung von nicht-zusammenhängenden Sensoren (30) aufweist; und eine Einrichtung (501) zum Verarbeiten eines durch die Erfassungseinrichtung (502) erfassten Pixels, um mehrere Schichten des Objekts (10) parallel zu rekonstruieren.
System gemäß Anspruch 22, bei dem die Verarbeitungseinrichtung (501) den Beitrag des durch die Erfassungseinrichtung (502) erfassten Pixels parallel auf eine Mehrzahl von Voxeln anwendet.
System gemäß Anspruch 23, bei dem die Mehrzahl von Voxeln Voxel unterschiedlicher Schichten des Objekts (10) umfasst.