DE102005044135B4

DE102005044135B4 - Verfahren zur Bestimmung der Lageänderung eines Objekts innerhalb eines Behälters mittels Röntgenstrahlen

Info

Publication number: DE102005044135B4
Application number: DE102005044135A
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Schmiegel
Original assignee: Yxlon International Security GmbH
Current assignee: Smiths Detection Inc
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: DE102005044135A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Lageänderung eines Objekts (2) innerhalb eines Behälters (1) mittels Röntgenstrahlen mit folgenden Schritten:
– Aufnahme eines ersten Röntgenbildes (3) des Behälters (1) in einem Erststufengerät;
– Bestimmung einer Verdachtsregion (5), in der sich das Objekt (2) im ersten Röntgenbild (3) befindet;
– Transport des Behälters (1) zu einem Zweitstufengerät;
– Aufnahme eines zweiten Röntgenbildes (4) des Behälters (1) im Zweitstufengerät;
– Durchführung einer Bildregistrierung zur Ermittlung der Lage der Verdachtsregion (5) im zweiten Röntgenbild (4);
– Eingehende Untersuchung nur der Verdachtsregion (2) im Zweitstufengerät mittels Röntgenstrahlung,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Durchführung der Bildregistrierung folgende Schritte erfolgen:
– Formulierung verschiedener Bewegungshypothesen;
– Auswählen einer Bewegungshypothese;
– Anwendung dieser Bewegungshypothese;
– Überprüfung dieser Bewegungshypothese;
– Wiederholung des Auswählens, der Anwendung und der Überprüfung für jede formulierte Bewegungshypothese;
– Bewertung der Ergebnisse der Überprüfung aller...

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Bestimmung der Lageänderung eines Objekts innerhalb eines Behälters mittels Röntgenstrahlen.

Aus der WO 2004/072685 A1 und der EP 1 522 878 A1 ist ein Verfahren zur Bildregistrierung bekannt, mittels dem die Lageänderung eines Gepäckstücks zwischen einem Erststufengerät und einem Zweitstufengerät bekannt ist. Anhand der Darstellung der 4 wird dieses Verfahren im Folgenden näher ausgeführt. In einem Behälter 1, hier in Form eines Gepäckstücks, sind mehrere Gegenstände vorhanden. In einem Erststufengerät wird ein erstes Röntgenbild 3 des Gepäckstücks 1 aufgenommen. Hierbei wurden zwei Verdachtsregionen 5, 5' ermittelt, in denen sich jeweils ein verdächtiges Objekt 2, 2' befindet (linke Hälfte der 4). Dagegen ist in der rechten Hälfte der 4 ein zweites Röntgenbild 4 dargestellt, das in einem Zweitstufengerät aufgenommen wurde. Genau genommen wurde es in einem Prescanner des Zweitstufengeräts aufgenommen. Mittels eines Bildregistrierungsverfahrens wird die Koordinatentransformation bestimmt, um eine Überführung des ersten Röntgenbildes 3 in das zweite Röntgenbild 4 zu ermöglichen. Dadurch werden auch die beiden Verdachtsregionen 2, 2' überführt. Im Zweitstufengerät erfolgt dann lediglich noch eine eingehende Untersuchung der beiden Verdachtsregionen 2, 2'. Somit wird enorm Zeit bei der Prüfung gespart, da nur diese kleinen Bereiche intensiv untersucht werden müssen und nicht mehr das gesamte Gepäckstück 1. Problematisch wird die Untersuchung der beiden Verdachtsregionen 2, 2' im Zweistufengerät allerdings dann, wenn ein Objekt, hier das sich jeweils im linken Teil des Gepäckstücks 1 befindliche Objekt 2, seine Lage innerhalb des Gepäckstücks 1 verändert. Die Verdachtsregion 5 wird dann in dasselbe Gebiet des Gepäckstücks 1 gelegt (mit dem Pfeil 6 verdeutlicht). Allerdings liegt im zweiten Röntgenbild 4 das Objekt 2 nicht mehr vollständig innerhalb der Verdachtsregion 5 sondern sogar zum größten Teil außerhalb dieser. Dadurch wird dieses Objekt 2 bei der anschließenden genauen Untersuchung der Verdachtsregion 5 nicht untersucht. Dies kann unter Umständen zu einer Fehleinschätzung hinsichtlich des Vorhandenseins von Sprengstoff oder anderen verbotenen Substanzen innerhalb des Gepäckstücks 1 führen.

Um eine Fehleinschätzung des Objekts 2 bei einer Lageänderung innerhalb des Gepäckstücks 1 zu vermeiden, wird gemäß der nachveröffentlichten DE 10 2004 049 227 A1 der Anmelderin ein Registrierungsverfahren vorgeschlagen, das die Lageänderung des Objekts 2 innerhalb des Gepäckstücks 1 ermöglicht. Dieses Verfahren beruht darauf, Objekten, insbesondere dem verdächtigen Objekt 2, lokale Merkmale zuzuordnen und die Bewegung der lokalen Merkmale zu detektieren. Dadurch wird gewährleistet, dass die Verdachtsregion 2 im zweiten Röntgenbild 4 so gelegt wird, dass das Objekt 2 vollständig in ihr enthalten ist. Dadurch wird eine sichere Überprüfung des Gepäckstücks 1 ermöglicht bzw. ist es nicht nötig, das gesamte Gepäckstück 1 noch einmal vollständig in dem Zweitstufengerät zu untersuchen, um eine zuverlässige Aussage über das Objekt 2 zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Lageänderung eines Objekts innerhalb eines Behälters mittels Röntgenstrahlen zuverlässig festgestellt werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäßen Schritte bezüglich der Formulierung verschiedener Bewegungshypothesen und die Auswahl der besten Bewegungshypothese kann eine korrekte Bestimmung der Lage der Verdachtsregion im zweiten Röntgenbild mit großer Sicherheit erreicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet hierzu nicht nur eine Messung, sondern eine Kombination aus Messung und Bewegungshypothese, also aus Praxis und Theorie.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als erste Bewegungshypothese formuliert wird, dass sich das Objekt innerhalb des Behälters nicht bewegt hat. Diese sogenannte Null-Hypothese dient unter der Verwendung globaler oder lokaler Merkmale dazu, die geometrische Transformation des Behälters zu ermitteln, wie dies schon aus der oben genannten EP 1 522 878 A1 bekannt ist. Dadurch erhält man Angaben zur Verschiebung (also einer Translation in der Förderbandebene), der Drehung um einen Drehwinkel und Information hinsichtlich einer Rotation des Behälters um 180°.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Bewegungshypothese formuliert wird, nach der sich die Verdachtsregion lediglich in einer Ebene senkrecht zur Aufnahmerichtung verschoben hat oder lediglich um eine Achse rotiert wurde oder lediglich in seiner Höhe parallel zur Aufnahmerichtung bewegt hat. Diese Bewegungshypothesen stellen die drei einfachsten Bewegungshypothesen – abgesehen von der Null-Hypothese – dar. Von diesen ausgehend kann dann in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung eine Kombination der genannten Bewegungen vorgenommen werden. Die Bewegungshypothesen können vorteilhafterweise so formuliert werden, dass sie unterschiedliche Absolutwerte für die Länge bzw. den Winkel der Bewegung haben.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auswahl der Bewegungshypothese über eine einfache Rasterung der Verschiebungswerte im vorgegebenen Intervall erfolgt. Die einfache Rasterung stellt dabei den denkbar größten und umfangreichsten Suchraum dar. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann dieser, durch adaptive Änderung der Rasterung, die längenskalen- oder ergebnisabhängig ist, reduziert und somit die Suchzeit optimiert werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für die Auswahl der Bewegungshypothese ein statis tisches Maß verwendet wird, in dem die Wahrscheinlichkeit bestimmter Bewegungsformen berücksichtigt wird. Dies stellt eine sehr effiziente Art der Suche dar, denn nur sehr wahrscheinliche Bewegungshypothesen, die sehr wahrscheinlichen Bewegungsformen entsprechen, werden analysiert.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anwendung der Bewegungshypothese von der Verdachtsregion im ersten Röntgenbild unter Verwendung eines Models der Abbildungseigenschaften des Erststufengeräts ausgeht und die Berechnung der Verdachtsregion im zweiten Röntgenbild unter Verwendung eines Models der Abbildungseigenschaften des Zweitstufengeräts erfolgt. Dadurch können perspektivische Verzerrungen sowohl im ersten wie auch im zweiten Röntgenbild kompensiert werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste und das zweite Röntgenbild mittels Filter, beispielsweise unter Verwendung von Gaußkernen, vorverarbeitet werden und die Filterkerne mit den beiden Röntgenbildern gefaltet werden. Durch diese Vorverarbeitungen werden Merkmale auf unterschiedlichen Längenskalen hervorgehoben und können zur Bewertung der Bewegungshypothese herangezogen werden. Vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Gaußkernen, deren Filterantwort durch Linearkombinationen untereinander invariant gegenüber Rotationen und Skalierungen werden. Dies erhöht die Erfolgsrate des Verfahrens und vereinfacht die Bewertungslogik.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Überprüfung einer Bewegungshypothese die Verdachtsregionen im ersten und zweiten Röntgenbild gefiltert werden und mit einer resultierenden Amplitudenstatistik mittels

verglichen werden. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, zu überprüfen, ob sich das Objekt wirklich in dem positionierten Bereich befindet oder nicht. Vorteilhafterweise wird eine Linearkombination von Filterantworten zur Überprüfung verwendet.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Bewertung der Bewegungshypothesen mittels χ² erfolgt. Wenn zur Überprüfung an einer Bewegungshypothese bereits der Wert χ² verwendet wurde, kann dies auch in besonders einfacher Art und Weise für die Bewertung der Bewegungshypothese hergenommen werden. Bevorzugt wird die Bewegungshypothese angewandt, die den kleinsten Wert χ² hat.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die lokalen Minima der χ²-Werte bestimmt werden und alle Bewegungshypothesen angewandt werden, deren χ²-Werte unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes liegen. Dadurch ist es nicht nötig, das absolute Minimum für den Wert χ² zu ermitteln, sondern lediglich lokale Minima, die unter einem vorgegebenen Wert liegen.

Besonders bevorzugt ist es, wenn alle Bewegungshypothesen zusammengefasst werden, deren χ²-Werte unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes liegen, und alle sich daraus im zweiten Röntgenbild ergebenden Verdachtsregionen zusammengefasst werden. Dadurch wird eine Verdachtsregion erhalten, die mit sehr großer Wahrscheinlichkeit das gesamte verdächtigte Objekt beinhaltet, so dass die nachträgliche eingehende Untersuchung dieser Verdachtsregion einen sicheren Aufschluss über den Inhalt hinsichtlich gefährlicher Stoffe zulässt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass alle nahe beieinanderliegende Verdachtsregionen im zweiten Röntgenbild zusammengefasst werden. Dadurch wird die Überprüfung der Verdachtsregionen in der anschließenden eingehenden Untersuchung vereinfacht, da eine zusammenhängende Verdachtsregion untersucht werden muss und nicht mehrere einzelne Verdachtsregionen.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Optimierung bei der Bestimmung der Lage der Verdachtsregion durch die Verwendung weiterer Bildinformation erreicht wird, beispielsweise die Grenzen des Behälters, und ein Ausschluss bestimmter Bewegungshypothesen erfolgt. Dadurch ist es möglich, dass von vornherein ein Teil der Bewegungshypothese ausgeschlossen wird und das Verfahren somit beschleunigt wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
1 Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 einige für die Anwendung der Bewegungshypothesen mögliche Filterkerne,
3 Darstellung von χ²-Werten verschiedener Bewegungshypothesen und
4 eine Gegenüberstellung zweier Röntgenbilder gemäß einem Verfahren, das aus dem Stand der Technik bekannt ist.
In den 1 bis 3 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Lageänderung eines Objekts 2 innerhalb eines Behälters 1 mittels Röntgenstrahlen (siehe 4 zum Stand der Technik) dargestellt. Dabei werden die folgenden aus dem Stand der Technik bekannten Schritte durchgeführt, die deswegen nicht mehr beschrieben werden:
Zuerst erfolgt die Aufnahme eines ersten Röntgenbildes 3 des Behälters 1 in einem Erststufengerät. Daran schließt sich die Bestimmung einer Verdachtsregion 5 an, in der sich das Objekt 2 im ersten Röntgenbild 3 befindet. Der Behälter 1 wird daraufhin zu einem Zweitstufengerät transportiert. Dort erfolgt die Aufnahme eines zweiten Röntgenbildes 4 des Behälters 1. Anschließend wird eine Bildregistrierung zur Ermittlung der Lage der Verdachtsregion 5 im zweiten Röntgenbild 4 durchgeführt. Diese wird im Folgenden als erfindungswesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben. Abschließend erfolgt dann eine eingehende Untersuchung lediglich der Verdachtsregion 2 mittels Röntgenstrahlen, die mittels der erfindungswesentlichen oben genannten Durchführung der Bildregistrierung ermittelt wurde.
Erfindungsgemäß werden verschiedene Bewegungshypothesen formuliert und diese dann beispielsweise anhand der Bildinformationen aus dem ersten Röntgenbild 3 des Erststufengeräts und dem zweiten Röntgenbild 4 des Prescanners im Zweitstufengerät überprüft. 1 stellt schematisch das Lösungsverfahren dar. Kurz zusammengefasst läuft das Verfahren so ab, dass zunächst Bewegungshypothesen formuliert und ausgewählt werden. Danach werden diese Hypothesen auf das Objekt 2 angewendet und überprüft. Die Überprüfung kann beispielsweise durch die Verwendung von Bildinformationen erfolgen. Nachdem alle Bewegungshypothesen überprüft wurden, erfolgt eine Bewertung der Prüfergebnisse. Danach werden die positiv bewerteten Bewegungshypothesen zur Anwendung gebracht. Im Folgenden wird eine beispielhafte Realisierung beschrieben, die zur Überprüfung der Bewegungshypothese Amplitudenstatistiken verschiedener Filterantworten vom ersten Röntgenbild 3 und vom zweiten Röntgenbild 4 verwendet.
In einem ersten Schritt werden eine Reihe von Bewegungshypothesen formuliert. Als erste Hypothese wird die sogenannte Null-Hypothese angewandt. Hierbei wird angenommen, dass sich das Objekt 2 innerhalb des Behälters 1 nicht bewegt. Unter dieser Annahme wird nun unter der Verwendung globaler und lokaler Merkmale die geometrische Transformation des Behälters 1 ermittelt, wie dies bereits aus dem Stand der Technik gemäß der 4 bekannt ist. Durch dieses Verfahren erhält man eine Angabe über die Translation, hier auf der Förderbandebene, der Drehung um einen Drehwinkel ψ entlang einer Achse, die senkrecht auf die Förderbandebene steht, und eine Verdrehung des Behälters 1 um eine Achse, die parallel zur Förderbandebene verläuft.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Formulierung der weiteren Bewegungshypothesen darin, dass lediglich eine Verschiebung des Objekts 2 in der Förderbandebene relativ zum Ergebnis der Null-Hypothese erfolgt. Der Wertebereich liegt hierbei sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung zwischen +10 cm und –10 cm. Alternativ zu den beschriebenen Bewegungshypothesen ist es auch möglich, die Eigenrotation des Objekts 2 oder eine Verschiebung des Objekts 2 senkrecht zur Förderbandebene – somit bezüglich der Höhe innerhalb des Behälters 1 – vorzunehmen.
Im erfindungsgemäßen Beispiel erfolgt die Auswahl der Bewegungshypothesen über eine einfache Rasterung der Verschiebungswerte in vorgegebenen Intervallen. In diesem Fall wird die Rasterung und das Bewegungsintervall auf +/– 10cm mit einer Rasterweite von 1 cm festgestellt. Alternativ könnte hier auch ein statistisches Maß verwendet werden, indem die Wahrscheinlichkeit bestimmter Bewegungsformen berücksichtigt wird. Aus Experimenten ist beispielsweise bekannt, dass abhängig von der Objektform bestimmte Bewegungsformen wahrscheinlicher sind. Längliche Objekte bewegen sich bevorzugt entlang ihrer Längsachse. Objekte, deren Maße in allen Richtungen gleich sind, haben hingegen keine bevorzugte Richtung. Allerdings wird ihre Reichweite durch ihre Größe eingeschränkt. Hinzu kann noch eine Betrachtung des Inhaltes kommen. In stark gefüllten Koffern ist die Bewegungsrate deutlich geringer als in leeren Koffern. Im dargestellten Aus führungsbeispiel können Randbedingungen den Wertebereich verringern. Sind beispielsweise Bereiche bekannt, in die das Objekt 2 nicht vordringen kann, können diese Bewegungshypothesen sofort verworfen werden. So werden beispielsweise alle Bewegungen ignoriert, die das Objekt 2 aus dem Behälter 1 führen, da angenommen wird, dass sich das Objekt 2 weiterhin im Behälter 1 befindet.
Anschließend folgt die Anwendung der Bewegungshypothesen. Es wird das Bild des Objekts 2 im ersten Röntgenbild 3 ermittelt. Bevorzugt erfolgt dies unter Verwendung eines Modells der Abbildungseigenschaften des Erststufengeräts, um perspektivische Verzerrungen kompensieren zu können. Die neue Position des Objekts 2 im zweiten Röntgenbild 4 wird basierend auf der jeweiligen Bewegungshypothese bestimmt, und die Projektion des bewegten Objekts 2 im zweiten Röntgenbild 4 ermittelt. Auch dies geschieht bevorzugt unter Verwendung eines Modells der Abbildungseigenschaften des Zweistufengeräts, hier seines Prescanners.
Um später die verschiedenen Positionen bewerten zu können, wird im erfindungsgemäßen Beispiel die Bildinformation der beiden Projektionen herangezogen. Dabei werden die Bilder mit Hilfe unterschiedlicher Filter vorverarbeitet. Im Ausführungsbeispiel werden Gaußkerne des Typs
verwendet. σ definiert dabei eine Längenskala, auf der die Analyse stattfinden soll. Große Werte entsprechen einer kleinen Längenskala, wohingegen kleine Werte einer großen Längenskala entsprechen.
In 2 sind einige dieser Filter dargestellt. Die Filterkerne werden mit den beiden Röntgenbildern 3, 4 gefaltet. Dabei kann wahlweise die Standardfaltung
oder die normierte Faltung
verwendet werden. f (i, j) stellt das Bild an der Stelle i, j und K (m, n) den verwendeten Filter an der Stelle m, n dar. Dies wird beispielsweise beschrieben in Krystian Mikolajczyk and Cordelia Schmid; An Affine Invariant Interest Point Detector; European Conference on Computer Vision 2002.
Die Überprüfung der Bewegungshypothese erfolgt anhand der Amplitudenstatistik. Hierbei wird überprüft, ob sich das Objekt 2 wirklich in den postulierten Verdachtsregionen 5 befindet oder nicht. Hierfür werden die Bildausschnitte der beiden Röntgenbilder 3, 4 des Objekts 2 gefiltert und die resultierende Amplitudenstatistik mittels
verglichen. Dieses Verfahren ist aus der Literatur bekannt von Bernt Schiele and James L. Crowley; Object Recognition Using Multidimensional Receptive Field Histograms; European Conference on Computer Vision 1996. H_Threat(i) stellt dabei die Amplitudenstatistik der Filterantwort der Projektion im ersten Röntgenbild 3 und H_Scanvolume(i) die Amplitudenstatistik der Filterantwort der Projektion im zweiten Röntgenbild 5 dar. χ² ist ein Maß für die Ähnlichkeit dieser beiden Statistiken. Ist χ² sehr klein, so sind sich die beiden Röntgenbilder 3, 4 sehr ähnlich und es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich das Objekt 2 wirklich in den ermittelten Koordinaten befindet. Dies bedeutet, dass die aktuelle überprüfte Bewegungshypothese korrekt ist. Hohe Werte von χ² deuten hingegen darauf hin, dass die aktuell untersuchte Bewegungshypothese falsch gewählt wurde.
Anstelle der Verwendung von reinen Filterantworten ist es auch möglich und durchaus sinnvoll, Linearkombinationen der Filterantworten zu verwenden. Dies wird in der Literatur beschrieben bei Cordelia Schmid and Roger Mohr; Local Grayvalue Invariants for Image Retrieval; IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence; Nr. 5 Vol. 19 pages 530–534, May 1997. Eine solche Linearkombination lautet beispielsweise:
Hierbei wird anstatt die Amplitudenstatistik von L₁₀ und L₀₁ getrennt miteinander zu vergleichen, die Amplitudenstatistik von L₁₀L₁₀ + L₀₁L₀₁ miteinander verglichen. Für jede Komponente von ν wird ein χ² bestimmt. Die gewichtete Summe der χ²-Werte dient als Vergleichsmaß. Auf diese Weise erhält man für jede Bewegungshypothese einen χ²-Wert. In 3 sind χ²-Werte von verschiedenen Bewegungshypothesen zusammengefasst dargestellt. Dx und Dy beschreiben dabei die Verschiebung relativ zur Null-Hypothese. Im dargestellten Fall der 3 erweist sich eine Verschiebung um 10 cm in x-Richtung und um 10 cm in y-Richtung als die wahrscheinlichste Bewegung des Objekts.
Nach der Überprüfung sämtlicher Bewegungshypothesen erfolgt die Bewertung der Bewegungshypothesen. Die in 3 erfolg te, zusammenfassende Darstellung der χ²-Werte stellt eine einfache Form der Bewertung der Bewegungshypothesen dar. Da niedrige χ²-Werte einer hohen Übereinstimmung der Bildinformationen entsprechen, können Bereiche mit hohen χ²-Werten vernachlässigt werden.
In dem dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ergeben sich verschiedene Möglichkeiten der Bewertung der χ²-Werte. Zum ersten besteht die Möglichkeit, lediglich die einzige Bewegungshypothese zu suchen, die den geringsten χ²-Wert aufweist. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, dass all jene Bewegungshypothesen zusammengefasst werden, deren χ²-Werte unterhalb einer Schwelle liegen. Diese Schwelle kann beliebig gewählt werden. Aus Praktikabilitätsgründen sind jedoch gewisse Grenzen zu beachten. Die sich aus dieser Vorgehensweise ergebenden Positionen werden dann zusammenfassend weitergegeben. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, eine Suche nach lokalen Minima der χ²-Werte durchzuführen und all jene Bewegungshypothesen zu verwenden, die unterhalb eines bestimmten, frei wählbaren Schwellenwerts liegen.
Zuletzt erfolgt eine Anwendung der Bewegungshypothesen, die ausgewählt wurden. Es kann sich hierbei auch lediglich um eine einzige Bewegungshypothese handeln. Je nach Art der Bewertung der Bewegungshypothesen wird einem Objekt 2 eine oder mehrere Positionen im Behälter 1 zugeordnet. Diese Positionen, die als Verdachtsregionen 5 bezeichnet sind, können noch durch weitere Verfahren optimiert werden. Überlappen sich beispielsweise die Verdachtsregionen 5, in dem sich das Objekt 2 befindet, können diese Verdachtsregionen 5 zu einer einzigen Verdachtsregion 5 zusammengefasst werden. Schließen sich bestimmte Lösungen gegenseitig aus, weil beispielsweise zwei Objekte sich am selben Ort befinden müssten, kann auch dies berücksichtigt werden. Nachdem dem Objekt 2 eine oder mehrere Verdachtsregionen 5 im Behälter 1 zugeordnet wurden, werden diese Verdachtsregionen 5 der eigentlichen Analyseeinheit übermittelt. Es erfolgt dann die aus dem Stand der Tech nik bereits bekannte eingehende Untersuchung nur dieser Verdachtsregion(en) 2 im Zweitstufengerät mittels Röntgenstrahlung.
Zusammenfassend ist die Erfindung darin zu sehen, dass sie sich auf Verfahren erstreckt, die zur Bestimmung der Bewegung eines Objekts 2 eine oder mehrere Bewegungshypothesen formuliert und diese mit Hilfe eines ersten Röntgenbildes 3 aus einem Erststufengerät und eines zweiten Röntgenbildes 4 aus einem Zweitstufengerät überprüft. Hierbei ist es vorteilhaft, die Abbildungsgeometrie des Erststufengeräts und des Zweitstufengeräts zu berücksichtigen. Darüber hinaus können Verbesserungen der Basisversion der Erfindung dadurch erreicht werden, dass geometrische Zusatzbedingungen berücksichtigt werden, um die Bewegungshypothesen zu bewerten oder auch einzelne Bewegungshypothesen auszuschließen. Zur Überprüfung von Bewegungshypothesen werden Verfahren verwendet, die lokale und/oder globale Bildinformationen der Projektion des Objekts 2 an der möglichen neuen Position, der Verdachtsregion 5, verwenden. Hierbei handelt es sich insbesondere um Verfahren, die die Amplitudenstatistik einer Linearkombination eines linearen oder nichtlinearen Filters vergleichen. Beispielsweise werden Verfahren verwendet, bei dem die χ²-Werte verglichen werden. Des weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch optimiert werden, dass die Ergebnisse verschiedener Bewegungshypothesen optimiert werden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass nahe beieinanderliegende Verdachtsregionen 5 zu einem großen Gegenstand zusammengefasst werden, oder, dass weitere Bildinformationen herangezogen werden, die bestimmte Bewegungshypothesen ausschließen.

1: Behälter
2, 2': Objekt
3: erstes Röntgenbild
4: zweites Röntgenbild
5, 5': Verdachtsregion
6: Pfeil

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Lageänderung eines Objekts (2) innerhalb eines Behälters (1) mittels Röntgenstrahlen mit folgenden Schritten: – Aufnahme eines ersten Röntgenbildes (3) des Behälters (1) in einem Erststufengerät; – Bestimmung einer Verdachtsregion (5), in der sich das Objekt (2) im ersten Röntgenbild (3) befindet; – Transport des Behälters (1) zu einem Zweitstufengerät; – Aufnahme eines zweiten Röntgenbildes (4) des Behälters (1) im Zweitstufengerät; – Durchführung einer Bildregistrierung zur Ermittlung der Lage der Verdachtsregion (5) im zweiten Röntgenbild (4); – Eingehende Untersuchung nur der Verdachtsregion (2) im Zweitstufengerät mittels Röntgenstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Bildregistrierung folgende Schritte erfolgen: – Formulierung verschiedener Bewegungshypothesen; – Auswählen einer Bewegungshypothese; – Anwendung dieser Bewegungshypothese; – Überprüfung dieser Bewegungshypothese; – Wiederholung des Auswählens, der Anwendung und der Überprüfung für jede formulierte Bewegungshypothese; – Bewertung der Ergebnisse der Überprüfung aller Bewegungshypothesen; – Auswahl der besten Bewegungshypothese; – Bestimmung der Lage der Verdachtsregion (2) im zweiten Röntgenbild (4) durch die Anwendung der ausgewählten Bewegungshypothese auf die Verdachtsregion (2) des ersten Röntgenbildes (3).
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Bewegungshypothese formuliert wird, dass sich das Objekt (2) innerhalb des Behälters (1) nicht bewegt hat.
Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungshypothese formuliert wird, nach der sich die Verdachtsregion (2) lediglich in einer Ebene senkrecht zur Aufnahmerichtung verschoben hat oder lediglich um eine Achse rotiert wurde oder lediglich in seiner Höhe parallel zur Aufnahmerichtung bewegt hat.
Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Bewegungshypothesen formuliert werden, die unterschiedliche absolute Werte für die Länge bzw. den Winkel der Bewegung haben.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungshypothese formuliert wird, die mehrere der genannten Bewegungen kombiniert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Bewegungshypothese über eine einfache Rasterung der Verschiebungswerte im vorgegebenen Intervall erfolgt.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswahl der Bewegungshypothese ein statistisches Maß verwendet wird, in dem die Wahrscheinlichkeit bestimmter Bewegungsformen berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendung der Bewegungshypothese von der Verdachtsregion (2) im ersten Röntgenbild (3) unter Verwendung eines Models der Abbildungseigenschaften des Erststufengeräts ausgeht und die Berechnung der Verdachtsregion (2) im zweiten Röntgenbild (4) unter Verwendung eines Models der Abbildungseigenschaften des Zweitstufengeräts erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Röntgenbild (3) und das zweite Röntgenbild (4) mittels Filter, beispielsweise unter Verwendung von Gaußkernen, vorverarbeitet werden und die Filterkerne mit den beiden Röntgenbildern (3, 4) gefaltet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überprüfung einer Bewegungshypothese die Verdachtsregionen (2) im ersten Röntgenbild (3) und im zweiten Röntgenbild (4) gefiltert werden und mit einer resultierenden Amplitudenstatistik mittels
verglichen werden.
Verfahren nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Linearkombinationen von Filterantworten zur Überprüfung verwendet werden.
Verfahren nach Patentanspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung der Bewegungshypothesen mittels χ² erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungshypothese angewandt wird, die den kleinsten Wert χ² hat.
Verfahren nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Minima der χ²-Werte bestimmt werden und alle Bewegungshypothesen angewandt werden, deren χ²-Werte unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes liegen.
Verfahren nach Patentanspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bewegungshypothesen zusammengefasst werden, deren χ²-Werte unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes liegen und alle sich daraus im zweiten Röntgenbild (4) ergebenden Verdachtsregionen (2) zusammengefasst werden.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass alle nahe beieinanderliegende Verdachtsregionen (2) im zweiten Röntgenbild (4) zusammengefasst werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Optimierung bei der Bestimmung der Lage der Verdachtsregion (2) durch die Verwendung weiterer Bildinformation erreicht wird, beispielsweise die Grenzen des Behälters (1), und ein Ausschluss bestimmter Bewegungshypothesen erfolgt.