DE102012100745A1

DE102012100745A1 - Method for generating synthetic image of object, involves providing measurement data set and selecting sub-object data set, where characteristics assigned to sub-object are varied till quality of sub-object reaches predetermined value

Info

Publication number: DE102012100745A1
Application number: DE201210100745
Authority: DE
Inventors: Dr. Löffler Torsten
Original assignee: Synview GmbH
Current assignee: Synview GmbH
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-08-01

Abstract

The method involves providing a measurement data set, which specifies the amplitude or phase of electromagnetic radiation detected (101) by a receiver at two different locations. A scattering density matrix (102) is produced that specifies the scattering thickness of the illumination volume depending on the locations. A sub-object data set is selected (103) from the illumination volume according to a predetermined criteria. The characteristics assigned to the sub-object are varied till the quality of the sub-object reaches a predetermined value. An independent claim is included for an apparatus for generating a synthetic image of an object.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines synthetischen Bildes eines Objekts.The present invention relates to a method and apparatus for generating a synthetic image of an object.

Das Prinzip der synthetischen Bildgebung, welche häufig auch als Bildgebung mit synthetischer Apertur bezeichnet wird, besteht darin, die Momentaufnahme einer Antenne oder eines Objektivs mit großer Apertur durch eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Aufnahmen einer bewegten Antenne oder eines bewegten Objektivs mit kleiner Apertur oder auch durch eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Aufnahmen einer Mehrzahl ortsfester Antennen oder ortsfester Objektive mit kleiner Apertur zu ersetzen.The principle of synthetic imaging, which is often referred to as synthetic aperture imaging, is to take the snapshot of an antenna or large aperture lens through a plurality of temporally successive shots of a moving or small aperture lens to replace a plurality of temporally successive recordings of a plurality of fixed antennas or stationary lenses with a small aperture.

Das bekannteste System zur synthetischen Bildgebung ist das sogenannte Synthetic Aperture Radar (kurz: SAR). Dabei werden die Sende- und die Empfangsantenne eines Radarsystems, welches beispielsweise auf einem Flugzeug montiert ist, an einem Objekt vorbei bewegt. Im Verlauf dieser Bewegung wird das Objekt unter veränderlichem Blickwinkel angestrahlt und entsprechend aufgenommen. Sofern der Weg der Sende- und Empfangsantennen hinreichend bekannt ist, kann aus Intensität und Phasenlage des von der Sendeantenne ausgestrahlten und von dem Objekt zurück in die Empfangsantenne reflektierten Hochfrequenzsignals die Apertur einer großen Antenne synthetisiert und somit eine hohe Ortsauflösung in Bewegungsrichtung der Antenne erzielt werden. Mit Hilfe der aufgezeichneten Daten des reflektierten Radarsignals wird für jeden von der Sendeantenne im Verlauf des Vorbeifluges angestrahlten Ort eine eigene synthetische Antenne berechnet, deren Winkelauflösung im Azimut so gewählt wird, daß für alle betrachteten Entfernungen die geometrische Auflösung in Flug- bzw. Bewegungsrichtung gleich ist.The best-known synthetic imaging system is the so-called Synthetic Aperture Radar (SAR for short). In this case, the transmitting and the receiving antenna of a radar system, which is mounted for example on an aircraft, moved past an object. In the course of this movement, the object is illuminated under a variable angle and recorded accordingly. If the path of the transmitting and receiving antennas is sufficiently known, the aperture of a large antenna can be synthesized from the intensity and phase position of the radio-frequency signal emitted by the transmitting antenna and reflected by the object back into the receiving antenna, thus achieving high spatial resolution in the direction of movement of the antenna. With the aid of the recorded data of the reflected radar signal, a separate synthetic antenna is calculated for each location illuminated by the transmitting antenna in the course of the flyby whose angular resolution in the azimuth is chosen such that the geometric resolution in the direction of flight or movement is the same for all the distances considered ,

Für stationäre Anwendungen, beispielsweise zur Überwachung von Personen mit Hilfe von Hochfrequenzstrahlung im Megahertz- und Gigahertz-Frequenzbereich sind Systeme bekannt, die statt eines einzigen Paares von Sende- und Empfangsantennen, die sich relativ zu dem Objekt in Bewegung befinden, eine Vielzahl von Sende- und Empfangsantennen verwenden, welche das Objekt unter unterschiedlichen Winkeln abbilden und deren Signale nach dem SAR-Prinzip ausgewertet werden. Dabei können zum Empfang der von einem Objekt reflektierten oder durch dieses transmittierten Wellen entweder die Sendeantennen selbst oder getrennte Empfangsantennen verwendet werden. Um eine möglichst gute räumliche Auflösung zu erhalten wird das von einer einzigen Sendeantenne ausgestrahlte Signal mit einer Vielzahl von Empfangsantennen empfangen.For stationary applications, for example for monitoring persons with the aid of high-frequency radiation in the megahertz and gigahertz frequency ranges, systems are known which, instead of a single pair of transmitting and receiving antennas which are in motion relative to the object, have a multiplicity of transmitting and transmitting antennas. and receive antennas, which map the object at different angles and whose signals are evaluated according to the SAR principle. In this case, either the transmission antennas themselves or separate reception antennas can be used to receive the waves reflected by or transmitted through an object. In order to obtain the best possible spatial resolution, the signal emitted by a single transmitting antenna is received by a plurality of receiving antennas.

Dazu sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 10 2005 016 106 A1 , der WO 2007/041024 oder der US 3,909,827 Systeme und Verfahren der Bildgebung mit synthetischer Apertur bekannt, welche die von den einzelnen Sendeantennen abgestrahlten Signale nach ihrer Reflektion von einem Objekt oder ihrer Transmission durch ein Objekt beim Empfang auf einer Mehrzahl von Empfängern voneinander unterscheiden. Dabei strahlen die einzelnen Sendeantennen ihre Signale, welche alle die gleiche Frequenz aufweisen, zeitlich nacheinander ab, d. h. die Signalabstrahlung von den einzelnen Sendern bzw. Strahlungsquellen erfolgt seriell. Bei diesem Verfahren kann zu jedem Zeitpunkt das an jedem Empfänger empfangene Signal eindeutig einem Sender zugeordnet werden, wobei jedoch die serielle Aktivierung der Sender eine vergleichsweise lange Meßzeit mit sich bringt.These are from the prior art, for example, the DE 10 2005 016 106 A1 , of the WO 2007/041024 or the US 3,909,827 Systems and methods of synthetic aperture imaging are known which distinguish the signals radiated from the individual transmit antennas after their reflection from or transmission through an object when received on a plurality of receivers. The individual transmit antennas radiate their signals, which all have the same frequency, in chronological succession, ie the signal emission from the individual transmitters or radiation sources takes place serially. In this method, the signal received at each receiver can be uniquely assigned to a transmitter at any one time, but the serial activation of the transmitters entails a comparatively long measuring time.

Zur Rekonstruktion der Objektoberflächen, welche mit Hilfe der aus dem Stand der Technik bekannten synthetischen Bildgebungsverfahren abgebildet werden, werden im Stand der Technik Verfahren verwendet, die generische Synthetic-Aperture-Radar- oder Rückprojektionsalgorithmen verwenden. Diese liefern als Ergebnis eine zwei- oder dreidimensionale Verteilung des Streuvermögens des betrachteten Objekts.To reconstruct the object surfaces imaged by the prior art synthetic imaging techniques, the prior art uses methods using generic synthetic aperture radar or backprojection algorithms. As a result, they provide a two- or three-dimensional distribution of the scattering power of the observed object.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur synthetischen Bildgebung bereitzustellen, welche das Erzeugen synthetischer Bilder mit erhöhter Qualität ermöglichen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, bei denen die Zeit für die Rekonstruktion der abgebildeten Objekte gegenüber dem Stand der Technik reduziert ist. Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird durch ein Verfahren zum Erzeugen eines synthetischen Bildes eines Objekts gelöst mit den Schritten:

a. Bereitstellen eines Meßdatensatzes, der die Amplitude und/oder die Phase elektromagnetischer Strahlung, die mit mindestens einem Empfänger an mindestens einem ersten und einem zweiten Ort erfaßt wurde, beschreibt,
b. Erzeugen einer Streudichtematrix aus dem Meßdatensatz, welche die Streudichte des beleuchteten Volumens ortsabhängig beschreibt,
c. Auswählen eines Teilobjektdatensatzes aus dem beleuchteten Volumen nach vorgegebenen Auswahlkriterien,
d. Zuordnen von optischen Eigenschaften zu jedem ausgewählten Teilobjekt,
e. Bestimmen der Güte des Teilobjektdatensatzes,
f. Variieren der einem Teilobjekt zugeordneten Eigenschaften,
g. Wiederholen der Schritte e und f bis die Güte des Teilobjektdatensatzes einen vorgegebenen Wert erreicht hat und
h. Bereitstellen eines Ausgabedatensatzes.

On the other hand, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for synthetic imaging which enable the production of synthetic images of enhanced quality. According to another aspect of the present invention, it is desirable to provide a method and apparatus in which the time for reconstruction of the imaged objects is reduced over the prior art. At least one of the aforementioned objects is achieved by a method of generating a synthetic image of an object, comprising the steps of:

a. Providing a measurement data set that describes the amplitude and / or the phase of electromagnetic radiation detected with at least one receiver at at least a first and a second location,
b. Generating a scattering density matrix from the measurement data set which describes the scattering density of the illuminated volume in a location-dependent manner,
c. Selecting a sub-object data set from the illuminated volume according to predetermined selection criteria,
d. Mapping optical properties to each selected subobject,
e. Determining the quality of the sub-object data set,
f. Varying the properties assigned to a subobject,
G. Repeating steps e and f until the quality of the subobject data set has reached a predetermined value and
H. Providing an output data record.

In einer Ausführungsform umfaßt dabei das Bereitstellen des Meßdatensatzes in Schritt a die folgenden Schritte, Beleuchten eines Volumens mit einer Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung und Erfassen der in dem beleuchteten Volumen reflektierten und gestreuten Strahlung mit einem an einem ersten Ort angeordneten Empfänger für elektromagnetische Strahlung und mit einem an einem zweiten Ort angeordneten Empfänger für elektromagnetische Strahlung.In one embodiment, the provision of the measurement data set in step a comprises the following steps, illuminating a volume with a radiation source for electromagnetic radiation and detecting the radiation reflected and scattered in the illuminated volume with a receiver arranged at a first location for electromagnetic radiation and with a at a second location arranged receiver for electromagnetic radiation.

Das Beleuchten des zu betrachtenden Volumens erfolgt mit Hilfe einer Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung, wobei in einer Ausführungsform die von der Strahlungsquelle abgestrahlte elektromagnetische Strahlung in einem Frequenzbereich von 800 MHz bi 10 THz, vorzugsweise von 30 GHz bis 1 THz und besonders bevorzugt bei etwa 100 GHz liegt. Bei diesen Frequenzen treten große Unterschiede im Reflexions- bzw. Transmissionsverhalten verschiedener Materialien auf, welche beispielsweise bei der Personenüberwachung eine Rolle spielen. Metall, zum Beispiel die Oberfläche einer Schuß- oder Stichwaffe, hat in diesem Frequenzbereich eine hohe Reflektivität, während biologisches Material, zum Beispiel die Hautoberfläche des Waffenträgers, ausgeprägte Absorptionsfenster in diesem Frequenzbereich aufweist.Illuminating the volume to be considered is effected by means of a radiation source for electromagnetic radiation, wherein in one embodiment the electromagnetic radiation emitted by the radiation source is in a frequency range from 800 MHz to 10 THz, preferably from 30 GHz to 1 THz and particularly preferably at approximately 100 GHz lies. At these frequencies, there are large differences in the reflection or transmission behavior of different materials, which play a role, for example, in personal monitoring. Metal, for example the surface of a firing or stabbing weapon, has high reflectivity in this frequency range, while biological material, for example the skin surface of the weapon carrier, has pronounced absorption windows in this frequency range.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Volumen von einer einzigen bewegbaren Strahlungsquelle nacheinander von verschiedenen Orten aus beleuchtet. Alternativ erfolgt die Beleuchtung mit einer Mehrzahl von Strahlungsquellen, die in einer Ausführungsform ortsfest sind und das Volumen nacheinander oder gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen beleuchten.In one embodiment of the invention, the volume is illuminated sequentially from a single movable radiation source from different locations. Alternatively, the illumination is provided by a plurality of radiation sources, which in one embodiment are stationary and illuminate the volume sequentially or simultaneously from different directions.

In einer Ausführungsform werden die von den einzelnen Strahlungsquellen abgestrahlten elektromagnetischen Signale mit Hilfe der Frequenz der abgestrahlten Signale codiert. Dabei gibt es in einer Ausführungsform keine zwei Strahlungsquellen mit identischer Frequenz des jeweils abgestrahlten elektromagnetischen Signals, so daß jedes von einem Empfänger empfangene Signal eindeutig einer einzigen Strahlungsquelle zugeordnet werden kann. Dabei wird im Sinne der vorliegenden Erfindung unter der Frequenz der elektromagnetischen Signale bzw. der elektromagnetischen Strahlung deren Trägerfrequenz und nicht etwa deren Modulationsfrequenz verstanden.In one embodiment, the electromagnetic signals radiated by the individual radiation sources are coded with the aid of the frequency of the emitted signals. In this case, in one embodiment there are no two radiation sources with identical frequency of the respectively emitted electromagnetic signal, so that each signal received by a receiver can be clearly assigned to a single radiation source. For the purposes of the present invention, the frequency of the electromagnetic signals or of the electromagnetic radiation is understood to be the carrier frequency and not the modulation frequency thereof.

In einer Ausführungsform erfolgt das Abstrahlen der Signale von mehreren Strahlungsquellen im wesentlichen gleichzeitig. Aufgrund einer eindeutigen Codierung, beispielsweise durch in die Frequenz der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung, können trotz gleichzeitiger Abstrahlung der Signale diese eindeutig der abstrahlenden Strahlungsquelle zugeordnet werden.In one embodiment, the radiation of the signals from multiple radiation sources occurs substantially simultaneously. Due to a unique coding, for example by in the frequency of the radiated electromagnetic radiation, despite the simultaneous emission of the signals they can be clearly assigned to the radiating radiation source.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich dabei insbesondere für die Abstrahlung eines elektromagnetischen Dauerstrichsignals (CW-Signal).The inventive method is suitable in particular for the emission of an electromagnetic continuous wave signal (CW signal).

In einer Ausführungsform kann die Frequenz der abgestrahlten elektromagnetischen Dauerstrichsignale über die Meßzeit hinweg konstant gehalten werden. Alternativ kann die Frequenz der Signale über die Meßzeit hinweg verändert werden unter der Voraussetzung, daß zu keinem Zeitpunkt zwei Signale die gleiche Frequenz aufweisen, um über die gesamte Meßzeit hinweg eine eindeutige Zuordnung der einzelnen von den Empfängern empfangenen Signale zu den jeweiligen Strahlungsquellen zu ermöglichen.In one embodiment, the frequency of the radiated continuous wave electromagnetic signals may be kept constant over the measurement time. Alternatively, the frequency of the signals may be varied over the measurement time, provided that at any time two signals have the same frequency to allow unambiguous assignment of the individual signals received by the receivers to the respective radiation sources over the entire measurement time.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erfassen der vom Objekt reflektierten und gestreuten Strahlung an dem ersten und dem zweiten Ort im wesentlichen gleichzeitig. In einer entsprechenden Vorrichtung sind dann zwei Empfänger für elektromagnetische Strahlung vorgesehen, wobei die Erfindung nicht auf zwei Empfänger beschränkt ist.In one embodiment of the invention, the detection of the radiation reflected and scattered by the object at the first and second locations occurs substantially simultaneously. In a corresponding device then two receivers for electromagnetic radiation are provided, the invention is not limited to two receivers.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erfassen der vom Objekt reflektierten und gestreuten Strahlung kohärent zu der Strahlungsquelle. Dies bedeutet, daß die Strahlungsquelle und der Empfänger phasengekoppelt sind, so daß beim Empfang nicht nur die Amplitude, sondern auch die Phase der elektromagnetischen Strahlung erfaßt werden kann.In one embodiment of the invention, the detection of the radiation reflected and scattered by the object is coherent with the radiation source. This means that the radiation source and the receiver are phase-locked, so that not only the amplitude but also the phase of the electromagnetic radiation can be detected on reception.

Darüber hinaus sind in einer Ausführungsform zwei Empfänger vorgesehen, die phasenstarr miteinander gekoppelt sind, unabhängig davon, ob die Strahlungsquelle und ein Empfänger phasengekoppelt sind oder nicht. Auf diese Weise kann die Erfassung der elektromagnetischen Strahlung interferometrisch erfolgen, wobei zur Erzeugung des Meßdatensatzes interferometrische Algorithmen verwendet werden, welche die Phasendifferenzen der elektromagnetischen Signal zwischen den einzelnen Empfängern berücksichtigen.Moreover, in one embodiment, two receivers are provided which are phase locked together regardless of whether the radiation source and a receiver are phase locked or not. In this way, the detection of the electromagnetic radiation can be carried out interferometrically using interferometric algorithms which take into account the phase differences of the electromagnetic signals between the individual receivers in order to generate the measurement data set.

In einer Ausführungsform wird das Volumen mit einer elektromagnetischen Strahlung mit eine ersten Frequenz von einer ersten Strahlungsquelle und mit einer elektromagnetischen Strahlung mit einer zweiten Frequenz von einer zweiten Strahlungsquelle beleuchtet, wobei die erste und die zweite Frequenz voneinander verschieden sind und die ersten und zweiten elektromagnetischen Strahlungen werden im wesentlichen gleichzeitig mit einem ersten Empfänger erfaßt und die ersten und zweiten elektromagnetischen Strahlungen werden im wesentlichen gleichzeitig mit einem zweiten Empfänger erfaßt. Ein solches Verfahren von Beleuchten und Erfassen ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 045 103.4 bekannt. Dabei wird die Offenbarung der DE 10 2007 045 103.4 hierin durch Verweis mit ihrem gesamten Offenbarungsgehalt aufgenommen. Insbesondere können die Verfahrensschritte Beleuchten und Erfassen gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgestaltet sein, wie dies in der Beschreibung der genannten Patentanmeldung DE 10 2007 045 103.4 beschrieben ist, vor allem aber in deren Patentansprüchen beansprucht ist.In one embodiment, the volume is illuminated with electromagnetic radiation having a first frequency from a first radiation source and electromagnetic radiation having a second frequency from a second radiation source, wherein the first and second frequencies are different and the first and second electromagnetic Radiations are detected substantially simultaneously with a first receiver and the first and second electromagnetic radiations are detected substantially simultaneously with a second receiver. Such a method of illuminating and detecting is known from the German patent application DE 10 2007 045 103.4 known. The revelation of the DE 10 2007 045 103.4 incorporated herein by reference with its entire disclosure. In particular, the method steps illuminating and detecting according to the present invention may be configured as described in the specification of said patent application DE 10 2007 045 103.4 is described, but especially claimed in their claims.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus einem Meßdatensatz, d. h. den mit einem oder mehreren Empfängern erfaßten Werten für die Amplitude und/oder die Phase der elektromagnetischen Strahlung eine Streudichtematrix erzeugt, welche die Streudichte des beleuchteten Volumens ortsabhängig beschreibt.According to the present invention, from a measurement data set, i. H. generated by one or more receivers values for the amplitude and / or phase of the electromagnetic radiation, a scattering density matrix which describes the scattering density of the illuminated volume location-dependent.

Dabei fließen in die Berechnung der Streudichtematrix aus dem Meßdatensatz in einer Ausführungsform alle von dem einen oder den mehreren Empfängern an unterschiedlichen Orten gemessenen Intensitäten und Phasen, vorzugsweise für die Strahlungen von allen Strahlungsquellen, ein.In one embodiment, all the intensities and phases measured by the one or more receivers at different locations, preferably for the radiations from all the radiation sources, are included in the calculation of the spread density matrix from the measurement data set.

Alternativ oder zusätzlich kann eine Mehrzahl von Streudichtematrizen erzeugt werden, die jeweils einen Teilbereich des Meßdatensatzes berücksichtigen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise unterschiedliche Sichtwinkel simulieren, beispielsweise durch Berücksichtigen derjenigen Elemente des Meßdatensatzes, die von einem Empfänger an einem einzigen Ort stammen.Alternatively or additionally, a plurality of scattering density matrices can be generated, each of which takes into account a portion of the measurement data set. In this way, for example, different viewing angles can be simulated, for example, by taking into account those elements of the measurement data set that originate from a receiver in a single location.

Die Streudichtematrix beschreibt wie stark jeder Punkt des Volumens die elektromagnetische Strahlung streut bzw. reflektiert. Die Berechnung einer dreidimensionalen, vorzugsweise komplexen, Streudichtematrix erfolgt dabei in einer Ausführungsform, indem zunächst das beleuchtet Volumen in diskrete Volumenelemente zerlegt wird, welche die einzelnen Elemente der Matrix bilden. Für jedes Element der Matrix, das einem ausgewählten Punkt bzw. Volumenelement im dreidimensionalen Raum des beleuchteten Volumens entspricht, und für jede Kombination aus einer Strahlungsquelle und einem Empfänger und für jede Frequenz, welche von dieser Strahlungsquelle abgestrahlt wird, wird die gemessene Phase entsprechend der geometrischen Weglänge (ausgehend von der jeweiligen Strahlungsquelle über den betrachteten Punkt im beleuchteten Volumen zum Empfänger) um einen Wert verschoben, der sich durch Division der geometrischen Weglänge durch die Wellenlänge und Multiplikation mit 2π (2 pi) ergibt. Aufgrund der 2π (2 pi) Unbestimmtheit der Phase kann der Phasenwert um Vielfache von 2π (2 pi) reduziert werden. Der so erhaltene Wert bildet den Phasenwert für das entsprechende Matrixelement für die Kombination aus Strahlungsquelle, Empfänger und Frequenz. Danach wird der Wert der Streudichte des betrachteten Matrixelements der Streudichtematrix durch Addition aller Amplituden aller möglichen Strahlungsquelle-Empfänger-Kombinationen und aller Frequenzen bestimmt.The spreading density matrix describes how strongly each point of the volume scatters or reflects the electromagnetic radiation. In one embodiment, the calculation of a three-dimensional, preferably complex, spread density matrix is carried out by first dividing the illuminated volume into discrete volume elements which form the individual elements of the matrix. For each element of the matrix corresponding to a selected volume in the three-dimensional space of the illuminated volume, and for each combination of a radiation source and a receiver and for each frequency radiated from that radiation source, the measured phase becomes the geometric one Path length (starting from the respective radiation source over the observed point in the illuminated volume to the receiver) by a value shifted by dividing the geometric path length by the wavelength and multiplication by 2π (2 pi) results. Due to the 2π (2 pi) uncertainty of the phase, the phase value can be reduced by multiples of 2π (2 pi). The value thus obtained forms the phase value for the corresponding matrix element for the combination of radiation source, receiver and frequency. Thereafter, the value of the scattering density of the considered matrix element of the scattering density matrix is determined by adding all amplitudes of all possible radiation source-receiver combinations and all frequencies.

Ausgehend von dieser auf dem Meßdatensatz basierenden Streudichtematrix rekonstruiert nun das erfindungsgemäße iterative Verfahren, eine Objektoberfläche mit denjenigen optischen Eigenschaften, die den zur Streudichtematrix gehörenden Meßdatensatz erzeugt haben.Based on this spread density matrix based on the measurement data set, the iterative method according to the invention now reconstructs an object surface with those optical properties which have produced the measurement data set belonging to the spread density matrix.

Dazu wird ein Teilobjektdatensatz aus dem beleuchteten Volumen nach vorgegebenen Auswahlkriterien anhand der Streudichtematrix ausgewählt. Dabei kann der Teilobjektdatensatz auch alle räumlichen Elemente der Streudichtematrix umfassen. In einer Ausführungsform wird dazu das gesamte beleuchtete Volumen in einzelnen Volumenelemente zerlegt, wovon einzelne ausgewählt werden, um den Teilobjektdatensatz zu bilden. Dabei ist vorzugsweise die Zerlegung des beleuchteten Volumens in diskrete Elemente zur Erzeugung des Teilobjektdatensatzes identisch mit der Zerlegung des beleuchteten Volumens zur Erzeugung der Streudichtematrix.For this purpose, a partial object data set from the illuminated volume is selected according to predetermined selection criteria on the basis of the spreading density matrix. In this case, the partial object data set can also include all spatial elements of the spreading density matrix. In one embodiment, for this, the entire illuminated volume is decomposed into individual volume elements, of which individual are selected to form the sub-object data set. In this case, the decomposition of the illuminated volume into discrete elements for generating the partial object data set is preferably identical to the decomposition of the illuminated volume to produce the spread density matrix.

In einer Ausführungsform ist jedes Teilobjekt des Teilobjektdatensatzes durch einen Ortsvektor charakterisiert, der seine Lage in dem beleuchteten Volumen beschreibt.In one embodiment, each sub-object of the sub-object data set is characterized by a location vector describing its location in the illuminated volume.

Zur Auswahl des Teilobjektdatensatzes wird in einer Ausführungsform die Streudichtematrix, basierend auf dem Meßdatensatz, herangezogen, um Orte von Interesse in dem beleuchteten Volumen zu bestimmen. Dazu werden beispielsweise solche Orte in dem Volumen ausgewählt, an denen die Streuintensität einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Eine solche Auswahl bzw. Zusammenstellung des Teilobjektdatensatzes konzentriert die erforderlichen Berechnungen auf ein Minimum, nämlich für diejenigen Orte in dem beleuchteten Volumen, an denen Streuung oder Reflexion in verstärktem Maße auftritt, d. h. an denen die Oberfläche eines Objekts Eigenschaften aufweist, die es lohnt, detailliert zu betrachten und die Oberfläche daher an diesem Ort im Detail zu rekonstruieren.To select the sub-object data set, in one embodiment, the spread density matrix based on the measurement data set is used to determine locations of interest in the illuminated volume. For this purpose, for example, those locations are selected in the volume at which the scatter intensity exceeds a predetermined threshold value. Such a selection of the sub-object data set concentrates the necessary calculations to a minimum, namely those locations in the illuminated volume at which scattering or reflection occurs to a greater extent, ie. H. where the surface of an object has properties that it pays to look at in detail and therefore reconstruct the surface in detail at that location.

In einer alternativen Ausführungsform erfolgt das Auswählen des Teilobjektdatensatzes, d. h. von Elementen aus dem beleuchteten Volumen, in Schritt c. nach vorgegebenen Auswahlkriterien anhand einer Annahme über die Geometrie des Objekts innerhalb des beleuchteten Volumens. Dabei wird bei Verfahren, welche beispielsweise nur zur Betrachtung einer ebenen ausgedehnten Oberfläche dienen, welche sich immer in der gleichen Lage relativ zu den Empfängern befindet, nur ein Teilobjektdatensatz gewählt, dessen Teilobjekte alle in einer einzigen Ebene liegen, d. h. deren Ortsvektoren in einer Dimension stets den gleichen Wert aufweisen.In an alternative embodiment, the selection of the sub-object data set, ie of elements from the illuminated volume, takes place in step c. according to predetermined selection criteria based on an assumption about the geometry of the object within the illuminated volume. It is at For example, methods that only serve to view a planar extended surface that is always in the same position relative to the receivers have selected only one sub-object data set whose sub-objects all lie in a single plane, ie their position vectors always have the same value in one dimension exhibit.

In einem weiteren Schritt d. werden jedem Teilobjekt aus dem ausgewählten Teilobjektdatensatz eine oder mehrere optische Eigenschaften zugeordnet. Diese zugeordneten optischen Eigenschaften können eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften sein: ein Streuquerschnitt, der beschreibt, wie stark das jeweilige Teilobjekt die elektromagnetische Strahlung gleichförmig, d. h. kugelförmig in alle Raumrichtungen, streut, ein Flächenelement, dessen Größe beschreibt, wie stark das jeweilige Teilobjekt die elektromagnetische Strahlung gerichtet reflektiert, ein Richtungsvektor, der senkrecht auf dem Flächenelement steht und die Orientierung des Flächenelements des jeweiligen Teilobjekts im Raum beschreibt.In a further step d. Each subobject is assigned one or more optical properties from the selected subobject data set. These associated optical properties may be one or more of the following properties: a scattering cross section describing how much the respective sub-object uniformly radiates the electromagnetic radiation, i. H. Spherical in all spatial directions, a surface element whose size describes how strongly the respective sub-object reflects the electromagnetic radiation directed, a direction vector which is perpendicular to the surface element and the orientation of the surface element of each sub-object in space describes.

In einer Ausführungsform wird der Richtungsvektor in Schritt d. so gewählt, daß er senkrecht auf einer durch die lokale Streudichtenverteilung in der Streudichtematrix in der Umgebung des zu betrachtenden Teilobjekts aufgespannten Ebene steht. Diese Annahme zur Initialisierung des Richtungsvektors entspricht der Erfahrung, daß eine durch die lokale Streudichtenverteilung aufgespannte Ebene in etwa mit der Lage der reflektierenden Fläche eines entsprechenden Flächenelements zusammenfällt.In one embodiment, the direction vector in step d. is selected such that it is perpendicular to a plane spanned by the local distribution of scattering density in the spreading density matrix in the vicinity of the subobject to be observed. This assumption for the initialization of the directional vector corresponds to the experience that a plane spanned by the local spreading density distribution coincides approximately with the position of the reflecting surface of a corresponding surface element.

Alternativ kann der Richtungsvektor zur Initialisierung in Schritt d. so gewählt werden, daß er parallel zu einer Richtung verläuft, unter der die Streudichtematrix am Ort des Teilobjekts den höchsten Wert ergibt.Alternatively, the direction vector for initialization in step d. be chosen so that it runs parallel to a direction under which the spreading density matrix at the location of the sub-object gives the highest value.

Zur Bestimmung der Güte des Teilobjektdatensatzes weist Schritt e. in einer Ausführungsform die folgenden Schritte auf, Berechnen eines Detektordatensatzes aus dem Teilobjektdatensatz und Vergleichen des Meßdatensatzes mit dem Detektordatensatz.To determine the quality of the sub-object data record, step e. in one embodiment, the following steps, calculating a detector data set from the sub-object data set and comparing the measurement data set with the detector data set.

Die Berechnung eines Detektordatensatzes aus einem Teilobjektdatensatz erfolgt in einer Ausführungsform anhand eines möglichst realistischen physikalischen Modells. Die Berechnung der Phasen der Detektordaten wird dabei anhand der geometrischen Weglängen (Strahlungsquelle-Teilobjekt-Empfänger) durchgeführt. Die Amplituden werden einerseits anhand von Annahmen über die Öffnungswinkel und Aperturen der Antennen von Emittern und Detektoren und andererseits unter Berücksichtigung der reflektierenden (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel) bzw. streuenden (gleichförmige Abstrahlung in alle Raumwinkel) Eigenschaften des jeweiligen Teilobjektes berechnet.The calculation of a detector data record from a sub-object data record takes place in one embodiment on the basis of a physical model that is as realistic as possible. The calculation of the phases of the detector data is carried out using the geometric path lengths (radiation source-subobject receiver). The amplitudes are calculated on the one hand on the basis of assumptions about the aperture angles and apertures of the antennas of emitters and detectors and on the other hand taking into account the reflective (angle of incidence equal angle of reflection) or scattering (uniform radiation in all solid angle) properties of each sub-object.

Falls in einer Ausführungsform das Raster der diskreten Aufteilung des beleuchteten Volumens in Teilobjekte genügend fein (d. h. die einzelnen Teilobjekte sind deutlich kleiner als die Auflösungsgrenze) gewählt wird, so ist die Annahme von rein streuenden Objektpunkten (ohne explizite reflektierende Eigenschaften) ausreichend, da sich die reflektierenden Eigenschaften durch die konstruktiven und destruktiven Überlagerung der einzelnen Teilbeiträge der Teilobjekte zu dem Gesamtsignal ergeben.If, in one embodiment, the grid of the discrete division of the illuminated volume into sub-objects is selected to be sufficiently fine (ie, the individual sub-objects are significantly smaller than the resolution limit), the assumption of purely scattering object points (without explicit reflective properties) is sufficient, since the reflect reflective properties through the constructive and destructive superimposition of the individual sub-contributions of the sub-objects to the overall signal.

In einer Ausführungsform wird, ausgehend von dem in Schritt d. initialisierten Teilobjektdatensatz, der das Streuverhalten des beleuchteten Volumens und der darin enthaltenen Objekte beschreibt, ein Detektordatensatz berechnet, welcher in einer Ausführungsform in Struktur, Format und Aufbau dem Meßdatensatz entspricht und einen Meßdatensatz wiederspiegelt, der sich für eine Objektanordnung mit den Eigenschaften des Teilobjektdatensatzes ergeben würde. Vergleicht man nun erfindungsgemäß den Meßdatensatz, d. h. die experimentell erzeugten Ausgangsdaten des oder der Empfänger, mit dem auf Grundlage des ausgewählten und initialisierten Teilobjektdatensatzes berechneten Detektordatensatz, so erhält man ein Maß für die Güte des gewählten Teilobjektdatensatzes. Insbesondere werden in einer Ausführungsform in Schritt e. die Phasenlagen des Meßdatensatzes und des Detektordatensatzes miteinander verglichen. Alternativ oder zusätzlich können in Schritt e. die Intensitäten des Meßdatensatzes und des Detektordatensatzes miteinander verglichen werden.In one embodiment, starting from that in step d. initialized sub-object data set describing the scattering behavior of the illuminated volume and the objects contained therein, computes a detector data set which in one embodiment in structure, format and construction corresponds to the measurement data set and reflects a measurement data set that would result in an object arrangement having the properties of the sub-object data set , If we now compare the measured data set according to the invention, d. H. the experimentally generated output data of the receiver (s), with the detector data set calculated on the basis of the selected and initialized partial object data set, gives a measure of the quality of the selected partial object data set. In particular, in one embodiment, in step e. the phase angles of the measurement data set and the detector data set compared. Alternatively or additionally, in step e. the intensities of the measurement data set and the detector data set are compared with each other.

Um die Güte des Teilobjektdatensatzes zu verbessern, werden nachfolgend in Schritt f. eine oder mehrere Eigenschaften, d. h. der Ortsvektor und/oder die zuvor genannten optischen Eigenschaften eines oder mehrerer Teilobjekte aus dem Teilobjektdatensatz variiert. Nach der Variation wird erneut die Güte des Teilobjektdatensatzes bestimmt.In order to improve the quality of the sub-object data set, in step f. one or more properties, d. H. the location vector and / or the aforementioned optical properties of one or more sub-objects varies from the sub-object data set. After the variation, the quality of the sub-object data set is determined again.

Dabei erfolgt in einer Ausführungsform das Wiederholen gemäß Schritt g. solange, bis ein Vergleich zwischen dem Meßdatensatz und dem Detektordatensatz eine vorgegebene Korrelation erfüllt oder sich die Güte des Teilobjektdatensatzes nicht mehr ändert. Dieser Teilobjektdatensatz entspricht dann einer optimalen Rekonstruktion der Objektoberfläche für den ausgewählten Bereich.In this case, in one embodiment, repeating takes place according to step g. until a comparison between the measurement data record and the detector data set fulfills a predetermined correlation or the quality of the sub-object data record no longer changes. This sub-object data set then corresponds to an optimal reconstruction of the object surface for the selected area.

In einer alternativen Ausführungsform wird die Güte des Teilobjektdatensatzes in Schritt e. anhand der Anzahl von Phasensprüngen zwischen benachbarten Teilobjekten bestimmt. Unter der Annahme, daß typische Objektoberflächen einer Stetigkeitsbedingung genügen, führt auch diese Bestimmung der Güte zu einer optimalen Rekonstruktion der Oberfläche, wenn mit dem Variieren in Schritt f. versucht wird, die Anzahl von Phasensprüngen zwischen benachbarten Teilobjekten so gering wie möglich zu halten.In an alternative embodiment, the quality of the sub-object data record in step e. determined by the number of phase jumps between adjacent sub-objects. Assuming that typical object surfaces satisfy a continuity condition, this also leads Determine the quality for an optimal reconstruction of the surface, if with the variation in step f. an attempt is made to minimize the number of phase jumps between adjacent sub-objects.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Bestimmen der Güte des Teilobjektdatensatzes in Schritt e. unter Berücksichtigung der Intensität zweier benachbarter Teilobjekte, zwischen denen ein solcher Phasensprung auftritt. Solche Phasensprünge dürfen entsprechend der Forderung nach einer mathematisch gesprochen stetig verlaufenden Oberfläche nur an Positionen mit sehr hoher Streudichte auftreten, da diese typischerweise Kanten des Objekts darstellen, für welche die Stetigkeitsbedingung nicht gilt. Um dies zu berücksichtigen bleiben in einer Ausführungsform all diejenigen Phasensprünge bei der Bestimmung der Güte unberücksichtigt, die zwischen zwei Teilobjekten auftreten, deren Streudichten über einem vorbestimmten Schwellenwert liegen.In a further embodiment, the quality of the sub-object data record is determined in step e. taking into account the intensity of two adjacent sub-objects, between which such a phase jump occurs. According to the requirement for a mathematically speaking continuous surface, such phase jumps may occur only at positions with very high scattering density, since these typically represent edges of the object for which the continuity condition does not apply. In order to take this into account, in one embodiment, all those phase jumps are disregarded in the determination of the quality occurring between two sub-objects whose scatter densities are above a predetermined threshold value.

Unter einem Phasensprung wird in einer Ausführungsform der Erfindung ein Phasenversatz von einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge zwischen zwei benachbarten Teilobjekten verstanden.In one embodiment of the invention, a phase jump is understood to be a phase offset of an integer multiple of half the wavelength between two adjacent sub-objects.

Auch in der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann das Wiederholen der Schritte e. und f. gemäß Schritt g. so lange erfolgen, bis sich die Güte des Teilobjektdatensatzes nicht mehr ändert, d. h. eine optimale Rekonstruktion der Objektoberfläche gefunden ist. Dient zur Bestimmung der Güte des Teilobjektdatensatzes die Anzahl der Phasensprünge zwischen benachbarten Teilobjekten, so wird in einer Ausführungsform der Erfindung nicht eine der optischen Eigenschaften der Teilobjekte variiert, sondern deren Ortsvektor. Dabei erfolgt die Variation der Ortsvektoren in einer Ausführungsform nur in einer Dimension. Dabei wird in einer weiteren Ausführungsform die zu variierende Dimension jeweils nur um eine halbe Wellenlänge verändert.Also in the embodiment described above, repeating the steps e. and f. according to step g. take place until the quality of the sub-object data record no longer changes, d. H. an optimal reconstruction of the object surface is found. If the number of phase jumps between adjacent sub-objects is used to determine the quality of the sub-object data record, in one embodiment of the invention, not one of the optical properties of the sub-objects is varied, but their position vector. In this case, the variation of the position vectors in one embodiment takes place only in one dimension. In this case, in a further embodiment, the dimension to be varied in each case only changed by half a wavelength.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden nach dem Schritt g. die Eigenschaften eines Teilobjekts nochmals statistisch variiert und die Optimierung gemäß den Schritten e. bis g. erneut durchgeführt. Auf diese Weise lassen sich häufig bessere Optimierungsergebnisse bei der Rekonstruktion erzielen. Insbesondere lassen sich so durch Singularitäten oder Artefakte geprägte Optimierungen vermeiden bzw. erkennen.In a further embodiment of the invention, after step g. the properties of a sub-object again statistically varied and the optimization according to the steps e. to g. carried out again. In this way, often better optimization results in the reconstruction can be achieved. In particular, optimizations embossed by singularities or artifacts can be avoided or recognized.

Insoweit die oben beschriebenen Ausführungsformen zumindest teilweise realisiert werden können, wobei eine softwaregesteuerte Verarbeitungseinrichtung verwendet wird, ist es offensichtlich, daß ein Computerprogramm, das solch eine Softwaresteuerung bereitstellt und ein Speichermedium, auf welchem solch ein Computerprogramm gespeichert ist, als Aspekte der Erfindung in Betracht zu ziehen sind.Inasmuch as the above-described embodiments can be at least partially realized using a software-controlled processing device, it is obvious that a computer program providing such software control and a storage medium on which such a computer program is stored are contemplated as aspects of the invention are pulling.

Im übrigen wird das erfindungsgemäße Verfahren auch durch die folgende Beschreibung in Kurzform charakterisiert:
Verfahren zum Erzeugen eines synthetischen Bildes eines Objekts mit den Schritten

Moreover, the method according to the invention is also characterized in brief form by the following description:
A method of generating a synthetic image of an object with the steps

Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Bestimmen der Güte des Teilobjektdatensatzes in Schritt e die folgenden Schritte aufweist Berechnen eines Detektordatensatzes aus dem Teilobjektdatensatz und Vergleichen des Meßdatensatzes mit dem Detektordatensatz. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei in Schritt e die Phasenlagen des Meßdatensatzes und des Detektordatensatzes miteinander verglichen werden. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei in Schritt e die Intensitäten des Meßdatensatzes und des Detektordatensatzes miteinander verglichen werden. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Wiederholen gemäß Schritt g solange erfolgt, bis ein Vergleich zwischen dem Meßdatensatz und dem Detektordatensatz eine vorgegebene Korrelation erfüllt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Bestimmen der Güte des Teilobjektdatensatzes in Schritt e anhand der Anzahl von Phasensprüngen zwischen benachbarten Teilobjekten erfolgt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei beim Bestimmen der Güte des Teilobjektdatensatzes in Schritt e all diejenigen Phasensprünge unberücksichtigt bleiben, die zwischen zwei Teilobjekten auftreten, deren Streudichten über einem vorbestimmten Schwellenwert liegen. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Wiederholen gemäß Schritt g solange erfolgt bis sich die Güte des Teilobjektdatensatzes nicht mehr ändert. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei eine Mehrzahl von Streudichtematrizen erzeugt wird, die jeweils einen Teilbereich des Meßdatensatzes berücksichtigen. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Auswählen des Teilobjektdatensatzes in Schritt c nach vorgegebenen Auswahlkriterien anhand der Streudichtematrix erfolgt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei in Schritt c all diejenigen Teilobjekte aus dem Volumen ausgewählt werden, für die an einem entsprechenden Ort in der Streudichtematrix die Intensität einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Auswählen des Teilobjektdatensatzes in Schritt c nach vorgegebenen Auswahlkriterien anhand einer Annahme über die Geometrie des Objekts innerhalb des beleuchteten Volumens erfolgt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei jedes Teilobjekt durch einen Ortsvektor charakterisiert ist, der die Lage des Teilobjekts in dem beleuchteten Volumen beschreibt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei in Abhängigkeit von der Güte des Teilobjektdatensatzes in Schritt f der Ortsvektor eines Teilobjekts variiert wird. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei die Ortsvektoren aller Teilobjekte nur in einer Dimension variiert werden. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei die Ortsvektoren der Teilobjekte höchstens um eine halbe Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung variiert werden. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei jedes Teilobjekt durch einen Streuquerschnitt charakterisiert ist, der beschreibt, wie stark das Teilobjekt die elektromagnetische Strahlung gleichförmig streut. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei jedem Teilobjekt ein Flächenelement zugeordnet ist, wobei jedes Teilobjekt durch die Größe des Flächenelements charakterisiert ist, die beschreibt, wie stark das Teilobjekt die elektromagnetische Strahlung reflektiert. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei jedem Teilobjekt ein Flächenelement zugeordnet ist, wobei jedes Teilobjekt durch einen Richtungsvektor charakterisiert ist, der senkrecht auf dem Flächenelement steht und die Orientierung des Flächenelements beschreibt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei der Richtungsvektor in Schritt d so gewählt wird, daß er senkrecht auf einer durch die lokale Streudichtenverteilung in der Streudichtematrix aufgespannten Ebene steht. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei der Richtungsvektor in Schritt d so gewählt wird, daß er parallel zu einer Richtung verläuft, unter der die Streudichtematrix am Ort des Teilobjekts den höchsten Wert ergibt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei in Abhängigkeit von der Güte des Teilobjektdatensatzes in Schritt f der Streuquerschnitt, die Größe des Flächenelements oder der Richtungsvektor des Flächenelementes eines Teilobjekts variiert wird. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Variieren in Schritt f unter der Annahme erfolgt, daß sich die optischen Eigenschaften zweier aneinanderstoßender Teilobjekte stetig ändern. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei nach Schritt g die Eigenschaften eines Teilobjekts statistisch variiert werden und die Optimierung gemäß den Schritten e und f erneut erfolgt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Bereitstellen des Meßdatensatzes in Schritt a die folgenden Schritte umfasst: Beleuchten eines Volumens mit einer Strahlungsquelle (10) für elektromagnetische Strahlung und Erfassen der in dem beleuchteten Volumen reflektierten und gestreuten Strahlung mit einem an einem ersten Ort angeordneten Empfänger (11) für elektromagnetische Strahlung und mit einem an einem zweiten Ort angeordneten Empfänger (11) für elektromagnetische Strahlung. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Beleuchten des Volumens mit einer Mehrzahl von Strahlungsquellen (10) erfolgt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei die Strahlungsquellen (10) elektromagnetische Strahlung bei voneinander verschiedenen Frequenzen abstrahlen. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Erfassen der vom Objekt reflektierten und gestreuten Strahlung kohärent zu der Strahlungsquelle (10) erfolgt. Eine Ausführungsform des Verfahrens wie zuvor, wobei das Erfassen der vom Objekt reflektierten und gestreuten Strahlung an dem ersten und dem zweiten Ort im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt.An embodiment of the method as above, wherein determining the quality of the sub-object data set in step e comprises the steps of calculating a detector data set from the sub-object data set and comparing the measurement data set to the detector data set. An embodiment of the method as above, wherein in step e the phase positions of the measurement data set and the detector data set are compared with each other. An embodiment of the method as above, wherein in step e the intensities of the measurement data set and the detector data set are compared with each other. An embodiment of the method as above, wherein the repetition according to step g takes place until a comparison between the measurement data set and the detector data set fulfills a predetermined correlation. An embodiment of the method as above, wherein determining the quality of the sub-object data set in step e is based on the number of phase jumps between adjacent sub-objects. An embodiment of the method as above, wherein in determining the quality of the sub-object data record in step e, all those phase jumps that occur between two sub-objects whose scattering densities are above a predetermined threshold value are ignored. An embodiment of the method as above, wherein the repetition according to step g takes place until the quality of the partial object data set no longer exists changes. An embodiment of the method as above, wherein a plurality of spreading density matrices is generated, each taking into account a portion of the measurement data set. An embodiment of the method as above, wherein the selection of the partial object data record in step c takes place according to predetermined selection criteria on the basis of the spread density matrix. An embodiment of the method as above, wherein in step c all those sub-objects are selected from the volume for which the intensity exceeds a predetermined threshold at a corresponding location in the spreading density matrix. An embodiment of the method as above, wherein the selection of the sub-object data set in step c according to predetermined selection criteria based on an assumption about the geometry of the object within the illuminated volume. An embodiment of the method as above, wherein each sub-object is characterized by a location vector describing the location of the sub-object in the illuminated volume. An embodiment of the method as above, wherein the position vector of a sub-object is varied in step f depending on the quality of the sub-object data record. An embodiment of the method as above, wherein the location vectors of all sub-objects are varied in only one dimension. An embodiment of the method as above, wherein the location vectors of the sub-objects are varied by at most half a wavelength of the electromagnetic radiation used. An embodiment of the method as above, wherein each sub-object is characterized by a scattering cross-section which describes how much the sub-object uniformly scatters the electromagnetic radiation. An embodiment of the method as above, wherein each sub-object is assigned a surface element, each sub-object being characterized by the size of the surface element, which describes how strongly the sub-object reflects the electromagnetic radiation. An embodiment of the method as above, wherein each sub-object is assigned a surface element, wherein each sub-object is characterized by a directional vector that is perpendicular to the surface element and describes the orientation of the surface element. An embodiment of the method as above, wherein the direction vector is selected in step d so that it is perpendicular to a plane spanned by the local spreading density distribution in the spreading density matrix plane. An embodiment of the method as above, wherein the direction vector in step d is chosen to be parallel to a direction below which the spreading density matrix gives the highest value at the location of the sub-object. An embodiment of the method as above, wherein, depending on the quality of the sub-object data set in step f, the scattering cross-section, the size of the area element or the direction vector of the area element of a sub-object is varied. An embodiment of the method as above, wherein the varying in step f is made on the assumption that the optical properties of two abutting sub-objects change continuously. An embodiment of the method as above, wherein after step g the properties of a sub-object are statistically varied and the optimization according to steps e and f takes place again. An embodiment of the method as above, wherein providing the measurement data set in step a comprises the following steps: illuminating a volume with a radiation source ( 10 ) for electromagnetic radiation and detecting the radiation reflected and scattered in the illuminated volume with a receiver located at a first location ( 11 ) for electromagnetic radiation and with a receiver located at a second location ( 11 ) for electromagnetic radiation. An embodiment of the method as above, wherein illuminating the volume with a plurality of radiation sources ( 10 ) he follows. An embodiment of the method as above, wherein the radiation sources ( 10 ) radiate electromagnetic radiation at mutually different frequencies. An embodiment of the method as above, wherein the detection of the radiation reflected and scattered by the object coherent to the radiation source ( 10 ) he follows. An embodiment of the method as above, wherein the detection of the radiation reflected and scattered by the object at the first and second locations occurs substantially simultaneously.

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch durch eine Vorrichtung zum Erzeugen eines synthetischen Bildes eines Objekts gelöst mit mindestens einer Strahlungsquelle, wobei die Strahlungsquelle für das Abstrahlen eines ersten elektromagnetischen Signals mit mindestens einer ersten Frequenz eingerichtet ist, mit einem oder mehreren Empfängern, die so eingerichtet sind, daß sie das von der Strahlungsquelle abgestrahlte erste elektromagnetische Signal an einem ersten und einem zweiten Ort empfangen, wobei der Empfänger so eingerichtet ist, daß er einen Meßdatensatz erzeugt, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Streudichtematrix aus dem Meßdatensatz, welche die Streudichte des beleuchteten Volumens ortsabhängig beschreibt, mit einer Einrichtung zum Auswählen eines Teilobjektdatensatzes aus dem beleuchteten Volumen nach vorgegebenen Auswahlkriterien, mit einer Einrichtung zum Zuordnen von optischen Eigenschaften zu jedem ausgewählten Teilobjekt, mit einer Einrichtung zum Bestimmen der Güte des Teilobjektdatensatzes, mit einer Einrichtung zum Variieren der einem Teilobjekt zugeordneten Eigenschaften und mit einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Ausgabedatensatzes.At least one of the aforementioned objects is also achieved by a device for generating a synthetic image of an object with at least one radiation source, wherein the radiation source for radiating a first electromagnetic signal having at least a first frequency is arranged with one or more receivers adapted to receive the first electromagnetic signal radiated from the radiation source at a first and a second location, the receiver being thus arranged in that it generates a measurement data record comprising means for generating a scatter density matrix from the measurement data set which describes the scattering density of the illuminated volume in a location-dependent manner, with a device for selecting a sub-object data record from the illuminated volume according to predetermined selection criteria, with a device for assigning optical properties to each selected sub-object, including means for determining the quality of the sub-object data set, means for varying the properties associated with a sub-object, and means for providing an output data set.

In einer Ausführungsform weist diese Vorrichtung mindestens eine erste und eine zweite Strahlungsquelle auf, wobei die erste Strahlungsquelle für das Abstrahlen eines ersten elektromagnetischen Signals mit einer ersten Frequenz eingerichtet ist, wobei die zweite Strahlungsquelle für das Abstrahlen eines zweiten elektromagnetischen Signals mit einer zweiten Frequenz eingerichtet ist, wobei die erste und die zweite Frequenz voneinander verschiedenen sind, und mit mindestens zwei Empfängern, die so eingerichtet sind, daß jeder von ihnen im wesentlichen gleichzeitig das erste und das zweite Signal empfängt. Eine solche Anordnung von Strahlungsquellen und Empfängern ist in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 045 103.4 beschrieben, insbesondere kann die Anordnung aus der mindestens einen ersten und zweiten Strahlungsquelle sowie der mindestens zwei Empfänger der Beschreibung der genannten Offenlegungsschrift, insbesondere aber den Patentansprüchen entnommen werden.In one embodiment, this device comprises at least a first and a second radiation source, wherein the first radiation source is adapted for emitting a first electromagnetic signal having a first frequency, wherein the second radiation source is adapted for emitting a second electromagnetic signal having a second frequency wherein the first and second frequencies are different from each other, and at least two receivers arranged so that each of them receives the first and second signals substantially simultaneously. Such an arrangement of radiation sources and receivers is disclosed in the German patent application DE 10 2007 045 103.4 described, in particular, the arrangement of the at least one first and second radiation source and the at least two recipients of the description of said publication, but in particular the claims are taken.

Im übrigen wird die erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch die folgende Beschreibung in Kurzform charakterisiert:
Vorrichtung zum Erzeugen eines synthetischen Bildes eines Objekts mit mindestens einer Strahlungsquelle, wobei die Strahlungsquelle für das Abstrahlen eines ersten elektromagnetischen Signals mit einer ersten Frequenz eingerichtet ist, mit einem oder mehreren Empfängern, die so eingerichtet sind, daß sie das von der Strahlungsquelle abgestrahlte erste elektromagnetische Signal an einem ersten und einem zweiten Ort empfangen, wobei der Empfänger so eingerichtet ist, daß er einen Meßdatensatz erzeugt, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Streudichtematrix aus dem Meßdatensatz, welche die Streudichte des beleuchteten Volumens ortsabhängig beschreibt, mit einer Einrichtung zum Auswählen eines Teilobjektdatensatzes aus dem beleuchteten Volumen nach vorgegebenen Auswahlkriterien, mit einer Einrichtung zum Zuordnen von optischen Eigenschaften zu jedem ausgewählten Teilobjekt, mit einer Einrichtung zum Bestimmen der Güte des Teilobjektdatensatzes, mit einer Einrichtung zum Variieren der einem Teilobjekt zugeordneten Eigenschaften und mit einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Ausgabedatensatzes. Eine Ausführungsform der Vorrichtung wie zuvor, wobei sie mindestens eine erste und einer zweite Strahlungsquelle aufweist, wobei die erste Strahlungsquelle das Abstrahlen eines ersten elektromagnetischen Signals mit einer ersten Frequenz eingerichtet ist, wobei die zweite Strahlungsquelle (10) für das Abstrahlen eines zweites elektromagnetischen Signals mit einer zweiten Frequenz eingerichtet ist, wobei die erste und die zweite Frequenz von einander verschieden sind, und mit mindestens zwei Empfängern (11), die so eingerichtet sind, daß jeder von ihnen im Wesentlichen gleichzeitig das erste und das zweite Signal empfängt.Moreover, the device according to the invention is also characterized by the following description in a brief form:
Apparatus for producing a synthetic image of an object having at least one radiation source, the radiation source being adapted to radiate a first electromagnetic signal having a first frequency, having one or more receivers adapted to receive the first electromagnetic radiation radiated from the radiation source Receive signal at a first and a second location, wherein the receiver is adapted to generate a Meßdatensatz, comprising means for generating a scatter density matrix from the Meßdatensatz which describes the scattering density of the illuminated volume location-dependent, comprising means for selecting a sub-object data set from the illuminated volume according to predetermined selection criteria, with a device for assigning optical properties to each selected sub-object, with a device for determining the quality of the sub-object data set, with a device for variing the properties associated with a subobject, and with means for providing an output data set. An embodiment of the apparatus as above, wherein it comprises at least a first and a second radiation source, wherein the first radiation source is adapted to radiate a first electromagnetic signal having a first frequency, wherein the second radiation source ( 10 ) for emitting a second electromagnetic signal having a second frequency, wherein the first and the second frequency are different from each other, and having at least two receivers ( 11 ) arranged so that each of them receives the first and second signals substantially simultaneously.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsformen und der dazugehörigen Figuren deutlich.Further advantages, features and possible applications of the present invention will become apparent from the following description of two embodiments and the associated figures.

1 zeigt den schematischen Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines synthetischen Bildes eines Objekts. 1 shows the schematic structure of an embodiment of the inventive device for generating a synthetic image of an object.

2 zeigt ein Flußdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen eines synthetischen Bildes eines Objekts. 2 shows a flowchart of a first embodiment of the method according to the invention for generating a synthetic image of an object.

3 zeigt ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen synthetischen Bildes eines Objekts. 3 shows a flowchart of another embodiment of the method according to the invention for generating synthetic image of an object.

Die schematisch in 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Bildes weist insgesamt jeweils vierundsechzig Sender bzw. Strahlungsquellen 10 und Empfänger 11 auf. Dabei sind in der schematischen Darstellung lediglich jeweils vier Strahlungsquellen 10 und Empfänger 11 explizit dargestellt, während die analoge Fortsetzung des Systems mit weiteren Strahlungsquellen und Empfängern durch schwarze Punkte angedeutet ist.The schematic in 1 illustrated embodiment of the device according to the invention for generating a synthetic image has a total of sixty-four transmitters or radiation sources 10 and receiver 11 on. In this case, only four radiation sources are in the schematic representation 10 and receiver 11 while the analogous continuation of the system with other radiation sources and receivers is indicated by black dots.

In der dargestellten Ausführungsform ist ein Objekt 8 zwischen den Strahlungsquellen 10 und Empfängern 11 angeordnet, so daß je nach Position des Objekts 8 in Bezug auf die Strahlungsquellen 10 und Empfänger 11 von den Empfängern 11 die durch das Objekt 8 transmittierte oder von dem Objekt 8 reflektierte Strahlung erfaßt wird.In the illustrated embodiment, an object 8th between the radiation sources 10 and receivers 11 arranged so that depending on the position of the object 8th in terms of radiation sources 10 and receiver 11 from the recipients 11 the through the object 8th transmitted or from the object 8th reflected radiation is detected.

Zur Steuerung der Vorrichtung und zur Datenerfassung bzw. Bilderzeugung weist das System einen Rechner 9 auf.For controlling the device and for data acquisition or image generation, the system has a computer 9 on.

Jede Strahlungsquelle 10 weist einen Signalgenerator 2 zur Erzeugung eines Senderzwischenfrequenzsignals 12 sowie einen Mischer 3 und eine Sendeantenne 4 auf. Darüber hinaus ist jede Strahlungsquelle 10 mit einem Signalgenerator 1 zur Erzeugung eines Radiofrequenzsignals 13 mit einer Frequenz von 300 GHz verbunden. Die Mischer 3 einer jeden Strahlungsquelle 10 dienen dazu, das Radiofrequenzsignal 13 mit einem entsprechenden Senderzwischenfrequenzsignal 12 zu mischen. Das dabei erzeugte Mischsignal wird mit Hilfe der Sendeantenne 4 von der Strahlungsquelle 10 abgestrahlt.Every radiation source 10 has a signal generator 2 for generating a transmitter intermediate frequency signal 12 as well as a mixer 3 and a transmitting antenna 4 on. In addition, every radiation source 10 with a signal generator 1 for generating a radio frequency signal 13 connected to a frequency of 300 GHz. The mixers 3 each radiation source 10 serve to the radio frequency signal 13 with a corresponding transmitter intermediate frequency signal 12 to mix. The mixed signal generated by this is using the transmitting antenna 4 from the radiation source 10 radiated.

In der dargestellten Ausführungsform sind die Mischer 3 sogenannte Einseitenbandmischer, die ein Signal erzeugen, welches lediglich die Summenfrequenz aus der Frequenz des Radiofrequenzsignals 13 und dem Senderzwischenfrequenzsignal 12 enthält. Jedes der von den Signalgeneratoren 2 der Strahlungsquellen 10 erzeugte Zwischensignal 12a, 12b, 12c, 12d, ... weist eine von den anderen Zwischenfrequenzen verschiedene Frequenz auf. In der dargestellten Ausführungsform beträgt die erste Zwischenfrequenz 12a 2 MHz, die zweite Zwischenfrequenz 12b 4 MHz, 12c 6 MHz, die vierte Zwischenfrequenz 12d 8 MHz usw. Da die Mischer 3 der Strahlungsquellen 10 jeweils nur das Summensignal aus dem Radiofrequenzsignal 13 und den Senderzwischenfrequenzsignalen 12 erzeugt, weisen auch die von den Antennen 2 abgestrahlten elektromagnetischen Signale, welche das Objekt 8 beleuchten, die gleichen Frequenzabstände wie die Senderzwischenfrequenzsignale auf.In the illustrated embodiment, the mixers are 3 So-called single-sideband mixers which generate a signal which is only the sum frequency from the frequency of the radio-frequency signal 13 and the transmitter intermediate frequency signal 12 contains. Each of the signal generators 2 the radiation sources 10 generated intermediate signal 12a . 12b . 12c . 12d , ... has a different frequency than the other intermediate frequencies. In the illustrated embodiment, the first intermediate frequency 12a 2 MHz, the second intermediate frequency 12b 4 MHz, 12c 6 MHz, the fourth intermediate frequency 12d 8 MHz, etc. Since the mixer 3 the radiation sources 10 in each case only the sum signal from the radio-frequency signal 13 and the transmitter intermediate frequency signals 12 also show that of the antennas 2 radiated electromagnetic signals representing the object 8th illuminate the same frequency spacings as the transmitter intermediate frequency signals.

In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform erzeugen die Einseitenbandmischer 3 jeweils nur das Differenzsignal zwischen dem Radiofrequenzsignal 13 und den entsprechenden Senderzwischenfrequenzsignalen 12. Entscheidend ist dabei nur, daß die Mischer 3 keine zwei identischen oder überlappenden Frequenzen erzeugen und eine eindeutige Zuordnung der von den Strahlungsquellen 10 abgestrahlten elektromagnetischen Signale zu den einzelnen Strahlungsquellen 10 gewährleistet bleibt.In an alternative embodiment, not shown, the single sideband mixers produce 3 only the difference signal between the radio frequency signal 13 and the corresponding transmitter intermediate frequency signals 12 , The decisive factor is that the mixers 3 do not generate two identical or overlapping frequencies and a unique assignment of those from the radiation sources 10 radiated electromagnetic signals to the individual radiation sources 10 remains guaranteed.

In einer weiteren, ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsform werden zwei benachbarte Mischer 3 mit dem Signal eines einzigen Zwischenfrequenzgenerators 2 versorgt, wobei der erste Mischer 3 ein Seitenbandmischer ist, welcher lediglich die Differenzfrequenz aus dem Radiofrequenzsignal 13 und dem Senderzwischenfrequenzsignal erzeugt, während der zweite Mischer 3 ein Einseitenbandmischer ist, der lediglich die Summenfrequenz aus dem Radiofrequenzsignal und dem Senderzwischenfrequenzsignal erzeugt. Auch könnte in einer weiteren Ausführungsform die Antenne 3 einer ersten Strahlungsquelle 10 ummittelbar mit dem Radiofrequenzsignal 13 gespeist werden, während alle anderen abgestrahlten Signale durch Mischprozesse erzeugt werden, da auch in diesem Fall eine eindeutige Zuordenbarkeit der Signale zu den Strahlungsquellen 10 über die Frequenz der abgestrahlten elektromagnetischen Signale möglich ist.In another embodiment, also not shown, two adjacent mixers 3 with the signal of a single intermediate frequency generator 2 supplied, with the first mixer 3 is a sideband mixer, which only the difference frequency from the radio frequency signal 13 and the transmitter intermediate frequency signal while the second mixer 3 is a single sideband mixer which generates only the sum frequency from the radio frequency signal and the transmitter intermediate frequency signal. Also, in another embodiment, the antenna could 3 a first radiation source 10 directly with the radio frequency signal 13 be fed while all other radiated signals are generated by mixing processes, as in this case, a unique assignability of the signals to the radiation sources 10 is possible over the frequency of the radiated electromagnetic signals.

Die von den Signalgeneratoren 2 erzeugten Zwischenfrequenzsignale 12 werden von dem Rechner 9 erfaßt, um nachfolgend bei der Detektion eine Zuordnung der einzelnen empfangenen Signale zu den Quellen 10 zu ermöglichen. Dazu sind die Signalausgänge der Generatoren 2 mit dem Rechner 9 verbunden.The of the signal generators 2 generated intermediate frequency signals 12 be from the calculator 9 subsequently, upon detection, associate the individual received signals with the sources 10 to enable. These are the signal outputs of the generators 2 with the calculator 9 connected.

Die in 1 ebenfalls dargestellten Empfänger 11 weisen einen zu den Strahlungsquellen 10 ähnlichen Aufbau auf. Jeder der Empfänger 11 besteht aus einer Empfangsantenne 5 sowie einem Mischer 6. Die Mischer 6 der Empfänger 11 sind jeweils mit den entsprechenden Empfangsantennen 5 sowie mit dem Signalgenerator 1 verbunden. Die Mischer 6 der Empfänger 11 sind Einseitenbandmischer, welche Zwischenfrequenzsignale mit der Differenzfrequenz zwischen dem Radiofrequenzsignal 13 und dem von den Empfangsantennen 5 empfangenen Signalen bilden.In the 1 also shown receiver 11 point one to the radiation sources 10 similar structure. Each of the recipients 11 consists of a receiving antenna 5 as well as a mixer 6 , The mixers 6 the recipient 11 are each with the corresponding receiving antennas 5 as well as with the signal generator 1 connected. The mixers 6 the recipient 11 are single sideband mixers, which intermediate frequency signals with the difference frequency between the radio frequency signal 13 and that of the receiving antennas 5 form received signals.

Jeder der Empfänger 11 weist eine Detektionsbandbreite auf, welche dem maximalen Frequenzabstand zweier Senderzwischenfrequenzsignale der Generatoren 2 entspricht. Da jede der Empfangsantennen 5 alle von den Strahlungsquellen 10 abgestrahlten Signale empfängt und diese Signale von den Mischern 6 mit dem Radiofrequenzsignal 13 gemischt werden, enthalten die Empfängerzwischenfrequenzsignale 7a, 7b, 7c, 7d, ... aller Empfänger 11 Signalanteile bei allen Frequenzen der Senderzwischenfrequenzsignale 12a, 12b, 12c, 12d, ..., soweit sie durch das Objekt 8 transmittiert bzw. von dem Objekt 8 reflektiert wurden und auf die entsprechende Empfangsantenne 5 gelangt sind. Jeder Signalausgang 7a, 7b, 7c, 7d, ... enthält somit einen Satz von Zwischenfrequenzsignalen, die eindeutig einer der Strahlungsquellen 10 zugeordnet werden können.Each of the recipients 11 has a detection bandwidth which corresponds to the maximum frequency spacing of two transmitter intermediate frequency signals of the generators 2 equivalent. As each of the receiving antennas 5 all from the radiation sources 10 radiated signals and receives these signals from the mixers 6 with the radio frequency signal 13 mixed, contain the receiver IF signals 7a . 7b . 7c . 7d , ... all recipients 11 Signal components at all frequencies of the transmitter intermediate frequency signals 12a . 12b . 12c . 12d , ... as far as they go through the object 8th transmitted or from the object 8th were reflected and to the corresponding receiving antenna 5 have arrived. Every signal output 7a . 7b . 7c . 7d , ... thus contains a set of intermediate frequency signals, which are clearly one of the radiation sources 10 can be assigned.

Die Empfängerzwischenfrequenzsignale 7a, 7b, 7c, 7d, ... sind mit dem Rechner 9 verbunden. Dieser weist für jeden Empfänger 11 einen entsprechenden Demultiplexer auf, der es ermöglicht jeden Satz von Empfängerzwischensignalen, so wie er von dem jeweiligen Empfänger 11 erzeugt wird, in seine spektralen Frequenzbestandteile zu zerlegen und auszuwerten.The receiver intermediate frequency signals 7a . 7b . 7c . 7d , ... are with the calculator 9 connected. This indicates for each recipient 11 a corresponding demultiplexer, which allows each set of receiver intermediate signals, as it does from the respective receiver 11 is generated, decomposed into its spectral frequency components and evaluate.

Zur Berechnung eines Bildes, ist der Rechner 9 mit Hilfe einer Software so gesteuert, daß auf ihm wahlweise eine der nachfolgend gemäß 2 und 3 beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rekonstruktion der Oberfläche des Objekts 8 bzw. zur Erzeugung eines Bildes des Objekts 8 abläuft.To calculate an image, the calculator is 9 controlled by a software so that either one of the following according to 2 and 3 described embodiments of the inventive method for the reconstruction of the surface of the object 8th or for generating an image of the object 8th expires.

2 zeigt ein Flußdiagramm, welches schematisch den Ablauf einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. In Schritt 101 wird mit Hilfe der in 1 gezeigten Vorrichtung ein Objekt 8 gleichzeitig mit elektromagnetischer Strahlung von den Strahlungsquellen 10, welche an verschiedenen Orten angeordnet sind, beleuchtet und die vom Objekt 8 reflektierte und gestreute elektromagnetische Strahlung wird von jedem der Empfänger 11 in Intensität und Phase erfaßt. Diese Messung der Intensität und Phase der elektromagnetischen Strahlung führt zu einem Meßdatensatz mit 2 × N × M Werten, wobei N die Anzahl der Empfänger 11 und M die Anzahl der Strahlungsquellen 10 (in dem in 1 gezeigten Beispiel betragen N und M jeweils 64) ist. Werden von jeder Strahlungsquelle f Frequenzen nacheinander abgestrahlt, so besteht der Meßdatensatz aus 2 × N × M × f Werten. In Schritt 102 wird aus dem Meßdatensatz eine dreidimensionale Streudichtematrix bestimmt, welche das Streuverhalten des beleuchteten Volumens, welches das Objekt 8 enthält, ortsabhängig beschreibt. Dazu wird das beleuchtete Volumen in diskrete Elemente zerlegt, welche die Elemente der dreidimensionalen Streudichtematrix bilden. Jedes Matrixelement weist je einen Wert für Intensität und Phase auf. 2 shows a flow chart, which schematically illustrates the sequence of a first embodiment of the method according to the invention. In step 101 is using the in 1 shown device an object 8th simultaneously with electromagnetic radiation from the radiation sources 10 , which are arranged in different places, illuminated and those of the object 8th reflected and scattered electromagnetic radiation is received by each of the receivers 11 recorded in intensity and phase. This measurement of the intensity and phase of the electromagnetic radiation results in a measurement data set with 2 × N × M values, where N is the number of receivers 11 and M is the number of radiation sources 10 (in the in 1 N and M are each 64) is shown. Will be from everyone Radiation source f frequencies emitted successively, the measurement data set consists of 2 × N × M × f values. In step 102 From the measured data set, a three-dimensional spread density matrix is determined, which determines the scattering behavior of the illuminated volume, which is the object 8th contains, describes location-dependent. For this purpose, the illuminated volume is decomposed into discrete elements, which form the elements of the three-dimensional spreading density matrix. Each matrix element has a value for intensity and phase.

Die Berechnung der dreidimensionalen Streudichtematrix erfolgt in der Ausführungsform gemäß 2, indem zunächst für jeden Punkt des gewählten dreidimensionalen Rasters der Streudichtematrix und für jede Kombination aus Strahlungsquelle und Empfänger und für jede Frequenz, die gemessene Phase entsprechend der geometrischen Weglänge (Strahlungsquelle – betrachteter Rasterpunkt – Empfänger) verschoben wird. Danach wird der Wert der Streudichte des betrachteten Rasterpunktes der Streudichtematrix durch Addition aller Amplituden der verschiedenen Strahlungsquelle-Empfänger-Kombinationen und aller Frequenzen bestimmt.The calculation of the three-dimensional spreading density matrix is carried out in the embodiment according to FIG 2 in that for each point of the selected three-dimensional grid of the spread density matrix and for each combination of radiation source and receiver and for each frequency, the measured phase is shifted according to the geometric path length (radiation source - considered grid point - receiver). Thereafter, the value of the scattering density of the observed halftone dot of the scattering density matrix is determined by adding all amplitudes of the different radiation source-receiver combinations and all frequencies.

Aus dieser Streudichtematrix, welche die durch Messung mit der Vorrichtung aus 1 erfaßte Intensitäts- und Phasenverteilung der vom Objekt reflektierten und gestreuten Strahlung wiederspiegelt, wird nun in Schritt 103 ein Teilobjektdatensatz ausgewählt und dessen optische Eigenschaften initialisiert. Die Auswahl der den Teilobjektdatensatz bildenden Teilobjekte erfolgt in der dargestellten Ausführungsform anhand der aus der Messung resultierenden Streudichtematrix. Dabei bedeutet die Auswahl der Teilobjekte eine Auswahl der räumlichen Punkte des beleuchteten Volumens, an denen eine auffällige Streuung auftritt und die somit Punkte bilden, deren genaue Betrachtung bzw. Rekonstruktion vielversprechend ist, da an ihnen die Oberfläche eines beleuchteten Objekts 8 Besonderheiten, zum Beispiel Kanten oder Ecken, aufweist. Die Identifizierung dieser besonderen, d. h. ausgezeichneten, Punkte in der Streumatrix erfolgt durch Auswahl derjenigen Punkte, die eine besonders hohe, d. h. über einem vorgegebenen Schwellenwert liegende, Streuung aufweisen. Dabei wird der Teilobjektdatensatz zunächst so ausgewählt, daß die Ortsvektoren der zu berücksichtigen Teilobjekte anhand der Streudichtematrix festgelegt werden.From this scattering density matrix, which by measuring with the device 1 detected intensity and phase distribution of reflected and scattered by the object radiation is now in step 103 a sub-object data set is selected and its optical properties initialized. The sub-objects forming the partial object data record are selected in the illustrated embodiment on the basis of the spread density matrix resulting from the measurement. The selection of the sub-objects means a selection of the spatial points of the illuminated volume on which a conspicuous scattering occurs and which thus form points whose exact viewing or reconstruction is promising, since the surface of an illuminated object 8th Special features, for example, edges or corners, has. The identification of these special, ie excellent, points in the scattering matrix is made by selecting those points which have a particularly high, ie above a predetermined threshold, scattering. In this case, the partial object data set is initially selected such that the position vectors of the partial objects to be considered are determined on the basis of the spread density matrix.

Jedem dieser Teilobjekte aus dem Teilobjektdatensatz ist nun eine Reihe von optischen Eigenschaften zugeordnet, die es nachfolgend zu bestimmen gilt, um die Oberfläche des Objekts 8 zu rekonstruieren. In der dargestellten Ausführungsform ist jedem Teilobjekt ein Streuquerschnitt zugewiesen, der beschreibt, wie stark ein an dieser Position liegendes Flächenelement die auf es auftreffende elektromagnetische Strahlung gleichförmig, d. h. kugelförmig in alle Raumrichtungen, streut. Weiterhin ist jedem Teilobjekt die Größe des Flächenelements zugeordnet, die beschreibt, wie stark das Flächenelement die einfallende elektromagnetische Strahlung reflektiert. Dem Flächenelement ist ferner ein Richtungsvektor zugeordnet, der senkrecht auf dem Flächenelement steht und der somit die räumliche Ausrichtung des Flächenelements beschreibt. Diese jedem Teilobjekt zugeordneten optischen Eigenschaften werden nun initialisiert, d. h. anhand der vorhandenen, durch die Streudichtematrix dargestellten Meßergebnisse, grob voreingestellt. Dabei ergibt sich der initiale Streuquerschnitt aus der Streudichte an der Position des ausgewählten Teilobjekts unter Berücksichtigung der Auflösung der Unterteilung des gesamten beleuchteten Volumens in Teilobjekte. Die Größe der reflektierenden Fläche wird zunächst auf null gesetzt und der Richtungsvektor wird auf Basis der umliegenden Elemente der Streumatrix so ausgerichtet, daß er in etwa senkrecht auf einer durch die Verteilung der Streudichte geformten Fläche liegt.Each of these sub-objects from the sub-object data set is now assigned a series of optical properties which it is necessary to determine subsequently to the surface of the object 8th to reconstruct. In the illustrated embodiment, each sub-object is assigned a scattering cross-section which describes how strongly a surface element lying at this position scatters the electromagnetic radiation impinging on it uniformly, ie spherically in all spatial directions. Furthermore, each sub-object is assigned the size of the area element which describes how strongly the surface element reflects the incident electromagnetic radiation. The surface element is further associated with a direction vector which is perpendicular to the surface element and thus describes the spatial orientation of the surface element. These optical properties assigned to each partial object are now initialized, ie roughly preset based on the existing measurement results represented by the spreading density matrix. In this case, the initial scattering cross section results from the scattering density at the position of the selected subobject taking into account the resolution of the subdivision of the entire illuminated volume into subobjects. The size of the reflective surface is first set to zero, and the direction vector is oriented based on the surrounding elements of the scattering matrix so that it is approximately perpendicular to a surface formed by the distribution of scattering density.

Dieser derart ausgewählte und initialisierte Teilobjektdatensatz beschreibt für die ausgewählten Orte des beleuchteten Volumens deren Streu- und Reflexionseigenschaften, so daß der Teilobjektdatensatz ein grobes Modell bzw. eine grobe Rekonstruktion des Objekts darstellt. In dem folgenden Schritt 104 wird aus dem Teilobjektdatensatz anhand der bekannten relativen Lage der einzelnen Teilobjekte zu den Strahlungsquellen 10 und Empfängern 11 ein für den ausgewählten Teilobjektdatensatz erwarteter Detektordatensatz berechnet.This thus selected and initialized sub-object data set describes for the selected locations of the illuminated volume their scattering and reflection properties, so that the sub-object data set represents a coarse model or a rough reconstruction of the object. In the following step 104 becomes from the sub-object data set on the basis of the known relative position of the individual sub-objects to the radiation sources 10 and receivers 11 calculates a detector data set expected for the selected sub-object data set.

Die Berechnung eines Detektordatensatzes aus dem Teilobjektdatensatz erfolgt anhand eines realistischen physikalischen Modells, welches die tatsächlichen Gegebenheiten des System und insbesondere dessen tatsächliche Strahlpfade berücksichtigt. Die Berechnung der Phasen der Detektordaten erfolgt anhand der geometrischen Weglängen (Strahlungsquelle-Teilobjekt-Empfänger). Für die Berechung der Amplituden werden die Öffnungswinkel und Aperturen der Antennen der Strahlungsquellen und Empfänger ebenso berücksichtigt wie die reflektierenden (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel) und streuenden (gleichförmige Abstrahlung in alle Raumwinkel) Eigenschaften des Teilobjektes.The calculation of a detector data record from the sub-object data record is based on a realistic physical model, which takes into account the actual conditions of the system and in particular its actual beam paths. The calculation of the phases of the detector data takes place on the basis of the geometric path lengths (radiation source sub-object receiver). For the calculation of the amplitudes, the aperture angles and apertures of the antennas of the radiation sources and receivers are taken into account as well as the reflective (incident angle equal to the angle of reflection) and scattering (uniform radiation in all solid angle) properties of the sub-object.

In der dargestellten Ausführungsform ist das beleuchtete Volumen in so kleine Teilobjekte zerlegt, daß diese deutlich kleiner sind als die Auflösungsgrenze der in 1 dargestellten Vorrichtung. Auf diese Weise ist die Annahme gerechtfertigt, jedes Teilobjekt stelle lediglich einen streuenden Objektpunkt dar (ohne explizite reflektierende Eigenschaften). Die reflektierenden Eigenschaften eines abgebildeten Objekts 8 ergeben sich in diesem Fall durch die konstruktiven und destruktiven Überlagerung der einzelnen Teilbeiträge der Teilobjekte zu dem Gesamtsignal.In the illustrated embodiment, the illuminated volume is divided into small sub-objects that are significantly smaller than the resolution limit of in 1 illustrated device. In this way, the assumption is justified that each sub-object represents only one scattering object point (without explicit reflective properties). The reflective properties of an imaged object 8th arise in this case by the constructive and destructive superposition of individual partial contributions of the subobjects to the overall signal.

Erwartungsgemäß wird dieser berechnete Detektordatensatz nach der erstmaligen Initialisierung des Teilobjektdatensatzes in Schritt 104 noch vergleichsweise stark von dem in Schritt 101 gemessenen Meßdatensatz abweichen.As expected, this calculated detector data record is after the initial initialization of the partial object data record in step 104 still comparatively strong of the one in step 101 deviate measured measured data set.

Um den gemessenen Meßdatensatz und den berechneten Detektordatensatz leicht miteinander vergleichen zu können und so die Güte des Teilobjektdatensatzes zu bestimmen, weisen in der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens beide Datensätze das gleiche Format auf. In Schritt 105 wird die Korrelation, d. h. die Übereinstimmung des Meßdatensatzes mit dem berechneten Detektordatensatz bestimmt. Ausgehend von dieser Korrelation wird in dem nachfolgenden Iterations- bzw. Optimierungsprozeß 106 der Teilobjektdatensatz optimiert, um die Korrelation des aus dem Teilobjektdatensatzes berechneten Detektordatensatzes mit dem Meßdatensatz zu optimieren. Dazu wird zunächst in Schritt 106a die Größe eines Flächenelements eines jeden Teilobjekts variiert, d. h. auf einen von null verschiedenen Wert, gesetzt. Nach der Variation des Objektdatensatzes wird in Schritt 106b ein neuer Detektordatensatz berechnet und nachfolgend in Schritt 106c erneut mit dem Meßdatensatz korreliert. Nur falls die Korrelation durch die Variation des Teilobjekts bzw. der Größe des Flächenelements nicht verschlechtert wird, wird die Variation in Schritt 106d beibehalten, alternativ verworfen. In Schritt 107 wird bestimmt, ob eine in Schritt 106d erfaßte Korrelation eine Verbesserung gegenüber der im letzten Optimierungszyklus bestimmten Korrelation darstellt oder nicht. Falls durch eine Variation jedes einzelnen Teilobjekts in allen Richtungen keine weitere Verbesserung der Korrelation erreicht werden kann, wird der Optimierungszyklus in Schritt 107 abgebrochen, und der resultierende Teilobjektdatensatz als Ausgabedatensatz, welcher die optimale Objektrekonstruktion beschreibt, ausgegeben. Anderenfalls beginnt mit Schritt 106a der nächste Optimierungszyklus.In order to easily be able to compare the measured measured data set with the calculated detector data set and thus determine the quality of the partial object data set, both data sets have the same format in the illustrated embodiment of the method. In step 105 the correlation, ie the agreement of the measurement data set with the calculated detector data set is determined. Starting from this correlation is in the subsequent iteration or optimization process 106 the sub-object data set is optimized to optimize the correlation of the detector data set computed from the sub-object data set with the measurement data set. This will be done first in step 106a the size of a surface element of each sub-object varies, ie set to a value other than zero. After the variation of the object data set is in step 106b a new detector data set is calculated and subsequently in step 106c again correlated with the measurement data set. Only if the correlation is not degraded by the variation of the sub-object or the size of the area element, the variation in step 106d maintained, alternatively discarded. In step 107 determines if one in step 106d detected correlation represents an improvement over the correlation determined in the last optimization cycle or not. If no further improvement of the correlation can be achieved by a variation of each individual sub-object in all directions, the optimization cycle in step 107 and the resulting subobject data set is output as the output record describing the optimal object reconstruction. Otherwise, start with step 106a the next optimization cycle.

In 3 ist eine alternative Ausführungsform des Verfahrens dargestellt. Wieder wird in Schritt 201, wie zuvor für den Schritt 101 der alternativen Ausführungsform aus 2 beschrieben, ein Meßdatensatz erzeugt. Aus diesem wird in Schritt 202 eine dreidimensionale komplexe Streudichtematrix berechnet und aus dieser in Schritt 203 ein Teilobjektdatensatz ausgewählt. Bei der Auswahl des Teilobjektdatensatzes in Schritt 203 wird jedoch, abweichend von dem Verfahren aus 2, zunächst an allen X-Y-Positionen der Streumatrix jeweils ein Teilobjekt erzeugt, das nur die Eigenschaften Ortsvektor und Streuquerschnitt aufweist. Da für jeden möglichen X-Y-Wert des in diskrete Elemente unterteilten Volumens ein Teilobjekt ausgewählt wird, muß nur der Z-Wert des Ortsvektors jedes Teilobjekts initialisiert werden. Der derart gebildete Teilobjektdatensatz bildet gewissermaßen einen Schnitt durch das diskretisierte Gesamtvolumen, wobei für jeden X-Y-Wert ein einziges Teilobjekt ausgewählt wird. Zur Initialisierung des Z-Werts jedes Teilobjekts wird diesem zunächst in Schritt 203 in Z-Richtung die Position zugewiesen, die den maximalen Streuquerschnitt in der Streudichtematrix, welche der Meßdatensatz verkörpert, aufweist. Dabei kann die Position des Z-Werts unter Ausnutzung der Phaseninformation aus der Streudichtematrix bis auf ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge bestimmt werden. Jedem Teilobjekt wird darüber hinaus der maximal für die X-Y-Position des Teilobjekts auftretende Streuquerschnitt zugewiesen.In 3 an alternative embodiment of the method is shown. Again, in step 201 as before for the step 101 of the alternative embodiment 2 described, generates a measurement data set. This will be in step 202 calculated a three-dimensional complex scattering density matrix and from this in step 203 a subobject data set is selected. When selecting the subobject dataset in step 203 However, it differs from the method 2 , First of all generates a partial object at all XY positions of the scattering matrix, which only has the properties of the position vector and the scattering cross section. Since a sub-object is selected for each possible XY value of the volume divided into discrete elements, only the z-value of the location vector of each sub-object must be initialized. The sub-object data record formed in this way forms, as it were, a section through the total discretized volume, wherein a single sub-object is selected for each XY value. To initialize the z-value of each sub-object, this is first in step 203 in the Z direction, the position having the maximum scattering cross section in the scattering density matrix, which embodies the Meßdatensatz having. In this case, the position of the Z value can be determined by utilizing the phase information from the spread density matrix down to an integer multiple of half the wavelength. In addition, each subobject is assigned the maximum scattering cross section that occurs for the XY position of the subobject.

In einer alternativen Ausführungsform können, wie zuvor für die Ausführungsform gemäß 2 beschrieben, Teilobjekte mit einer Streudichte unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts ausgeschlossen werden, um den Berechnungsaufwand zu minimieren.In an alternative embodiment, as previously described for the embodiment according to FIG 2 described, sub-objects with a spread density below a predetermined threshold are excluded in order to minimize the computational effort.

In Schritt 204 wird nun die Güte des Teilobjektdatensatzes bestimmt. Anders als in Schritt 104 gemäß der Ausführungsform aus 2 wird als Maß für die Güte des Teilobjektdatensatzes nicht eine Korrelation des aus dem Teilobjektdatensatz erzeugten Detektorsdatensatzes mit dem Meßdatensatz herangezogen, sondern es wird beurteilt, in wie weit der Teilobjektdatensatz eine möglichst gleichmäßige, d. h. mathematisch stetige, Oberfläche ohne Phasensprünge repräsentiert. Dabei werden als Phasensprünge in dieser Ausführungsform Phasenverschiebungen von einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge verstanden. Je geringer die Anzahl von Phasensprüngen zwischen benachbarten Teilobjekten ist, desto höher ist die Güte des gewählten Teilobjektdatensatzes. Bei der Beurteilung der Güte des Teilobjektdatensatzes können solche Phasensprünge außer Acht gelassen werden, die an Positionen mit einer Streudichte über einem vorgegebenen hohen Wert auftreten, da diese typischerweise Kanten des Objekts darstellen, an denen solche Phasensprünge naturgemäß auftreten und nicht eine suboptimale Wahl des Teilobjektdatensatzes bzw. der ihm zugeordneten Werte bedeuten.In step 204 Now the quality of the subobject data set is determined. Unlike in step 104 according to the embodiment 2 a correlation of the detector data set generated from the sub-object data set with the measurement data set is not used as a measure of the quality of the sub-object data set, but it is assessed how far the sub-object data set represents a surface that is as uniform as possible, ie mathematically continuous, without phase jumps. In this case, phase shifts in this embodiment are understood as phase shifts of an integer multiple of half the wavelength. The smaller the number of phase jumps between adjacent sub-objects, the higher the quality of the selected sub-object data set. In evaluating the quality of the sub-object data set, those phase jumps can occur which occur at positions with a scattering density above a predetermined high value, since these typically represent edges of the object on which such phase jumps naturally occur and not a sub-optimal choice of the sub-object data set mean the values assigned to it.

In Schritt 205 wird wie zuvor eine Optimierung des Teilobjektdatensatzes durchgeführt, wobei in Schritt 205a der Z-Wert eines Teilobjekts um eine halbe Wellenlänge variiert wird, um nachfolgend in Schritt 205b die Güte des variierten Objektdatensatzes neu zu bestimmen. Falls die Variation des Teilobjekts zu einer Verschlechterung der Güte des Objektdatensatzes führt, wird diese Variation des Teilobjektdatensatzes in Schritt 205c verworfen, und ein neuer Optimierungszyklus mit Schritt 205a begonnen. Falls durch eine Variation jedes einzelnen Teilobjekts keine weitere Verbesserung der Güte des Teilobjektdatensatzes erreicht werden kann, wird der Optimierungsschritt 205 in Schritt 206 abgebrochen, und der resultierende Objektdatensatz mit der höchsten Güte als Ausgabedatensatz, welcher die optimale Objektrekonstruktion wiedergibt, ausgegeben.In step 205 As before, an optimization of the sub-object data record is performed, wherein in step 205a the Z-value of a sub-object is varied by half a wavelength, to be described later in step 205b to re-determine the quality of the varied object data set. If the variation of the sub-object leads to a deterioration of the quality of the object data record, this variation of the sub-object data record becomes in step 205c discarded, and a new optimization cycle with step 205a began. If through a variation of each sub-object no further improvement of the quality of the subobject data set can be achieved, the optimization step 205 in step 206 and the resulting highest-quality object data set is output as the output data set representing the optimal object reconstruction.

Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, daß sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet. Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.For the purposes of the original disclosure, it is to be understood that all such features as will become apparent to those skilled in the art from the present description, the drawings and the claims, while concretely described only in connection with certain further features, both individually and separately any combination with other of the features or feature groups disclosed herein are combinable, unless this has been expressly excluded or technical conditions make such combinations impossible or pointless. On the comprehensive, explicit representation of all conceivable combinations of features is omitted here only for the sake of brevity and readability of the description. While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, such illustration and description is exemplary only and is not intended to limit the scope of the protection as defined by the claims. The invention is not limited to the disclosed embodiments.

Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen” nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „ein” oder „eine” schließt eine Mehrzahl nicht aus. Auch wird das Vorhandensein von mehr als einer Strahlungsquellen und einem Empfängern durch das Zahlwort „ein” in den Ansprüchen nicht ausgeschlossen. Die bloße Tatsache, daß bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüche beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereiches gedacht.Variations of the disclosed embodiments will be apparent to those skilled in the art from the drawings, the description and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plurality. Also, the presence of more than one radiation source and one receiver by the numeral "on" in the claims is not excluded. The mere fact that certain features are claimed in different claims does not exclude their combination. Reference signs in the claims are not intended to limit the scope of protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Signalgenerator für das Radiofrequenzsignal 13 Signal generator for the radio frequency signal 13
22: Signalgenerator für ein Zwischenfrequenzsignal 12 Signal generator for an intermediate frequency signal 12
33: Mischermixer
44: Sendeantennetransmitting antenna
55: Empfangsantennereceiving antenna
66: Mischermixer
77: EmpfängerzwischenfrequenzsignaleReceiver intermediate frequency signals
88th: Objektobject
99: Rechnercomputer
1010: Strahlungsquelleradiation source
1111: Empfängerreceiver
12a12a: erstes Zwischenfrequenzsignalfirst intermediate frequency signal
12b12b: zweites Zwischenfrequenzsignalsecond intermediate frequency signal
12c12c: drittes Zwischenfrequenzsignalthird intermediate frequency signal
12d12d: viertes Zwischenfrequenzsignalfourth intermediate frequency signal
1313: RadiofrequenzsignalRadio frequency signal
101101: Durchführen der Messung und Bestimmen der MeßdatensatzesPerforming the measurement and determining the measurement data set
102102: Berechnen einer dreidimensionalen StreudichtematrixCalculate a three-dimensional spread density matrix
103103: Auswählen und Initialisieren eines TeilobjektdatensatzesSelect and initialize a subobject dataset
104104: Berechnen des zu erwartenden DetektordatensatzesCalculate the expected detector data set
105105: Berechnen der Korrelation des in Schritt 103 berechneten Detektordatensatzes mit dem MeßdatensatzCalculate the correlation of the step in step 103 calculated detector data set with the measured data set
106106: Iterativer Prozeß zur Optimierung des Teilobjektdatensatzes a Variieren eines Flächenelementes b Berechnen eines neuen Detektordatensatzes c Berechnen der Korrelation des in b berechneten Detektordatensatzes mit dem Meßdatensatz d Entscheiden über die Beibehaltung der VariationIterative process for optimizing the subobject data record a Varying a surface element b Calculate a new detector data set c calculating the correlation of the detector data set calculated in b with the measurement data set d Deciding on the maintenance of the variation
107107: Abbruch der Optimierung, falls keine weitere Verbesserung der Korrelation erreicht werden kannStop optimization if no further correlation improvement can be achieved
201201: Durchführen der Messung und Bestimmen der MeßdatensatzesPerforming the measurement and determining the measurement data set
202202: Berechnen einer dreidimensionalen StreudichtematrixCalculate a three-dimensional spread density matrix
203203: Auswählen und Initialisieren eines TeilobjektdatensatzesSelect and initialize a subobject dataset
204204: Bestimmen der Güte des Teilobjektdatensatzes anhand der Forderung einer stetigen OberflächeDetermine the quality of the sub-object data set based on the requirement of a continuous surface
205205: Iterativer Prozeß zur Optimierung des Teilobjektdatensatzes a Variieren des Z-Werts eines ausgewählten Teilobjekts um eine halbe Wellenlänge b Bestimmen der Güte des neuen Teilobjektdatensatzes c Entscheiden über die Beibehaltung der VariationIterative process for optimizing the subobject data record a Varies the z-value of a selected sub-object by half a wavelength b Determine the quality of the new partial object data record c Deciding on the maintenance of the variation
206206: Abbruch der Optimierung, falls keine weitere Verbesserung der Korrelation erreicht werden kannStop optimization if no further correlation improvement can be achieved

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005016106 A1 [0005]
WO 2007/041024 [0005]
US 3909827 [0005]
DE 102007045103 [0018, 0018, 0018, 0046]

Claims

A method of generating a synthetic image of an object with the steps a. Providing a measurement data set that describes the amplitude and / or the phase of electromagnetic radiation detected with at least one receiver at at least a first and a second location, b. Generating a scattering density matrix from the measurement data set which describes the scattering density of the illuminated volume in a location-dependent manner, c. Selecting a sub-object data set from the illuminated volume according to predetermined selection criteria, d. Mapping optical properties to each selected subobject, e. Determining the quality of the sub-object data set, f. Varying the properties assigned to a subobject, G. Repeating steps e and f until the quality of the subobject data set has reached a predetermined value and H. Providing an output data record.

A method according to claim 1, characterized in that determining the quality of the sub-object data set in step e comprises the following steps Calculating a detector data set from the sub-object data record and Compare the measurement data set with the detector data set.

Method according to Claim 2, characterized in that, in step e, the phase positions of the measured data set and of the detector data set are compared with one another.

Method according to Claim 2 or 3, characterized in that in step e the intensities of the measured data record and of the detector data record are compared with one another.

Method according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the repetition according to step g takes place until a comparison between the measured data record and the detector data record fulfills a predetermined correlation.

Method according to Claim 1, characterized in that the determination of the quality of the sub-object data record in step e takes place on the basis of the number of phase jumps between adjacent sub-objects.

Method according to Claim 6, characterized in that, when determining the quality of the sub-object data record in step e, all those phase jumps occurring between two sub-objects whose scatter densities are above a predetermined threshold value are disregarded.

Method according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the repetition according to step g takes place until the quality of the sub-object data record no longer changes.

Device for generating a synthetic image of an object with at least one radiation source ( 10 ), the radiation source ( 10 ) is adapted for emitting a first electromagnetic signal having a first frequency, with one or more receivers ( 11 ) adapted to receive the first electromagnetic signal radiated by the radiation source at a first and a second location, the receiver 11 ) is arranged to generate a measurement data set comprising means for generating a scatter density matrix from the measurement data set which describes the scattering density of the illuminated volume in a location-dependent manner, comprising means for selecting a sub-object data set from the illuminated volume according to predetermined selection criteria, comprising means for Associating optical properties with each selected sub-object, including means for determining the quality of the sub-object data set, means for varying the properties associated with a sub-object, and means for providing an output data set.

Apparatus according to claim 33, characterized in that it comprises at least a first and a second radiation source ( 10 ), wherein the first radiation source ( 10 ) is arranged for the emission of a first electromagnetic signal having a first frequency, wherein the second radiation source ( 10 ) for emitting a second electromagnetic signal having a second frequency, wherein the first and the second frequency are different from each other, and having at least two receivers ( 11 ) arranged so that each of them receives the first and second signals substantially simultaneously.