System und Verfahren zur Tomosynthese eines Objekts System and method for tomosynthesis of an object
Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Tomosynthese eines Objekts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6.The invention relates to a system and method for tomosynthesis of an object according to the preamble of claim 1 or 6.
Mit der Computer-Tomographie lässt sich der innere Aufbau von Objekten zerstörungsfrei und berührungslos sichtbar machen, wobei einzelne Schichten (2D) als auch Volumina (3D) rekonstruiert werden können. Gemäß einer im Internet unter http://www.iis.fhg.de/xrt/tech/ct/index d.html dargestellten Information der Fraunhofer-Gesellschaft werden räumliche Auflösungen bis zu 10 μm erreicht.With computer tomography, the internal structure of objects can be made non-destructive and non-contact, whereby individual layers (2D) as well as volumes (3D) can be reconstructed. According to information published by the Fraunhofer-Gesellschaft on the Internet at http://www.iis.fhg.de/xrt/tech/ct/index.html, spatial resolutions of up to 10 μm are achieved.
Gemäß der vorstehend genannten Information ermöglicht ein industrielles 3-D- Computer-Tomographie-System die Detektion von Dichteänderungen und Fehlern sowie eine Charakterisierung bzgl. ihrer Art, Geometrie und Lage in einem Bauteil. Darüber hinaus lassen sich innenliegende, verdeckte Strukturen vermessen. Softwaremodule gestatten die Darstellung beliebiger Ebenen aus den komplett rekonstruierten Volumendaten sowie eine räumliche Abbildung auch einzelner Volumenbereiche.According to the above information, a 3-D industrial computer tomography system enables the detection of density changes and errors as well as characterization of their type, geometry and location in a component. In addition, internal, hidden structures can be measured. Software modules allow the display of arbitrary levels from the completely reconstructed volume data as well as a spatial representation of individual volume areas.
Bei Objekten, die aufgrund ihrer Geometrie nicht für die achsiale Computer- Tomographie geeignet sind, kann das Verfahren der planaren Computer- Tomographie eingesetzt werden, das Dichteveränderungen und Fehler sichtbar macht, die bezüglich ihrer Geometrie und Lage im Objekt charakterisiert werden
können. Die dabei eingesetzte digitale Tomosynthese ermöglicht die Rekonstruktion von mehren Schichten aus einem Satz von Projektionen, während für die klassische Laminographie pro Messung nur ein Schnittbild erzeugt wird.For objects that are not suitable for axial computed tomography due to their geometry, planar computer tomography can be used to visualize density changes and errors that are characterized by their geometry and location in the object can. Digital tomosynthesis allows the reconstruction of multiple layers from one set of projections, while classic laminography produces only one slice per measurement.
Zur Bestimmung der materialmäßigen Zusammensetzung eines Objektes (hinsichtlich Geometrie, Volumen- und Materialverteilung und Struktur) werden Objektdaten messtechnisch erfasst. Beispielsweise wird das zu bestimmende Objekt unter definierten Aufnahmegeometrien röntgentechnisch aufgenommen. Aus mehreren (n-1 ) dimensionalen Messdaten (Objektprojektionen) wird ein (n) dimensionales Objekt synthetisiert und damit rekonstruiert. Dies geschieht mittels der Projektionsdaten, einer mathematische Beschreibung der Aufnahmegeometrie sowie eines Algorithmus, der das Abbildungssystem beschreibt.To determine the material composition of an object (in terms of geometry, volume and material distribution and structure), object data are metrologically recorded. For example, the object to be determined is recorded by X-ray technology under defined recording geometries. From several (n-1) dimensional measurement data (object projections), a (n) dimensional object is synthesized and thus reconstructed. This is done by means of the projection data, a mathematical description of the recording geometry and an algorithm that describes the imaging system.
Dieses Verfahren benötigt eine Vielzahl von Messdaten aus unterschiedlichen Aufnahmegeometrien. Deren Gewinnung als auch deren rechentechnische Verarbeitung benötigen wegen der vergleichsweise großen Datenmengen viel Zeit.This method requires a large number of measurement data from different acquisition geometries. Their extraction and their computational processing require much time because of the relatively large amounts of data.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, wobei die Anzahl der Projektionen weiter verringert werden kann.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a system and a method of the type mentioned, wherein the number of projections can be further reduced.
Die Erfindung ist mit einer Mehrzahl von Vorteilen verbunden. Mit der Verringerung der Anzahl der Projektionen lässt sich die Bearbeitungszeit reduzieren, so dass das System in die Lage versetzt wird, eine größere Anzahl von Objekten pro Zeiteinheit zu bearbeiten. Zugleich wird der Energieeinsatz für die Bearbeitung eines Objektes reduziert.The invention is associated with a plurality of advantages. By reducing the number of projections, the processing time can be reduced, enabling the system to process a larger number of objects per unit of time. At the same time the energy input for the processing of an object is reduced.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben.The invention will now be described with reference to the drawing.
Es zeigtIt shows
Figuren 1 bis 18 Darstellungen im Zusammenhang mit dem von dem
erfindungsgemäßen System durchführbaren Verfahren, u.a. in Gegenüberstellung mit herkömmlichen Verfahren;Figures 1 to 18 representations in connection with that of the system according to the invention feasible method, inter alia, in comparison with conventional methods;
Figur 19 eine Blockdarstellung des erfindungsgemäßen Systems; undFigure 19 is a block diagram of the system according to the invention; and
Figur 20 Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.Figure 20 steps of the method according to the invention.
Das in Figur 19 dargestellte System besteht aus einer Einrichtung (XRAY) zur Bildung von Projektionen, insbesondere aus einer Röntgenaufnahmeeinrichtung, die Projektionen (P1 (0)... P1(m)) der Objektschichten (01 (5) ...O1 (-5)) bildet, aus einer Detektoreinheit DET und aus einer Recheneinheit CC, der ein Steuerprogramm zugeordnet ist. Dieses definiert das erfindungsgemäße Verfahren. Weiterhin ist dem System eine Ein-/Ausgabeeinheit I/O zugeordnet. In die Einheit sind erste Daten D1 , die die Geometrie des Objekts (O) (=Sollgeometrie eines Referenzobjekts) bezeichnet, und/oder zweite Daten D2, die den Werkstoff des Objekts (O) (= Werkstoff des Referenzobjekts) bezeichnet, und/oder weitere Daten, die das Objekt bezeichnen, eingebbar. Auf einem Monitor der Einheit I/O sind Schichten des Objekts sowie Schichten eines rekonstruieren Raums darstellbar, wie z.B. in den Figuren 10 bis 18 gezeigt.The system shown in FIG. 19 comprises a device (XRAY) for forming projections, in particular from an X-ray recording device, the projections (P1 (0)... P1 (m)) of the object layers (01 (5)... -5)), from a detector unit DET and from a computing unit CC, which is assigned a control program. This defines the method according to the invention. Furthermore, the system is assigned an input / output unit I / O. In the unit are first data D1, which designates the geometry of the object (O) (= setpoint geometry of a reference object), and / or second data D2, which denotes the material of the object (O) (= material of the reference object), and / or Additional data that designate the object can be entered. On a monitor of the unit I / O, it is possible to represent layers of the object as well as layers of a reconstructed space, such as e.g. shown in Figures 10 to 18.
Das von dem System durchführbare Verfahren stellt sich wie folgt dar:The method practicable by the system is as follows:
Ein Ausgangsobjekt Ooriginai befindet sich im Raum, vgl. z.B. Figur 19. NachAn initial object Oorigin a i is located in the room, cf. eg Figure 19. After
Durchführung des Verfahrens kann es in mehreren Schichten dargestellt werden, siehe Figur 1 sowie die Schnitte O1 (5)..O1 (-5) und 02(5) ..O2(-5) in den Figuren 10 und 11.The process can be shown in several layers, see FIG. 1 and the sections O1 (5)... O1 (-5) and O2 (5)... O2 (-5) in FIGS. 10 and 11.
Durch Röntgenaufnahmen werden unter verschieden Winkeln Projektionen P erzeugt, Figuren 2 (Projektionen P-i: -45°; P2: 0°; P3: + 45%), 10 und 11.By means of X-ray images projections P are produced at different angles, figures 2 (projections Pi: -45 °, P 2 : 0 °, P 3 : + 45%), 10 and 11.
Diese vom Originalobjekt O erzeugten Projektionen (real z.B. durch Röntgen- technik erstellt) bilden die Ausgangsbasis für eine Rekonstruktion des Originalobjekts O.
Um das Originalobjekt 0 zu rekonstruieren, verwendet man folgenden Algorithmus. Man geht von einer homogenen Materialverteilung im virtuellen Objektraum aus, Figur 3 (Homogenes Objekt; Virtueller Objektraum im 1. Rekonstruktionsschritt Vrecι).These projections generated by the original object O (in real, for example, created by X-ray technology) form the starting point for a reconstruction of the original object O. To reconstruct the original object 0, use the following algorithm. The starting point is a homogeneous material distribution in the virtual object space, FIG. 3 (homogeneous object, virtual object space in the first reconstruction step V rec ).
Von diesem Ausgangsobjekt werden nun basierend auf der Abbildungsgeometrie der Originalprojektionen neue virtuelle Projektionen (E0...n) errechet, Figur 4 (Errechnete Projektionen Ei: - 45%; E0: 0°, E2: + 45%)Based on the imaging geometry of the original projections, new virtual projections (E0... N) are now calculated from this initial object, FIG. 4 (calculated projections Ei: -45%, E 0 : 0 °, E 2 : + 45%).
Basierend auf der Differenz zwischen Originalprojektion P und virtueller errechneter Projektion E wird eine Korrektur des Objektraumes vorgenommen, mit dem Ziel, die errechneten Projektionen E in mehreren Iterationsschritten an die Originalprojektionen O anzugleichen.Based on the difference between the original projection P and the virtual calculated projection E, a correction of the object space is made, with the aim of aligning the calculated projections E in several iteration steps to the original projections O.
Gelingt es, den virtuellen Objektraum so zu modifizieren, dass die errechneten Projektionen E identisch den Originalprojektionen P sind, hat man den Objektraum rekonstruiert.If it is possible to modify the virtual object space such that the calculated projections E are identical to the original projections P, the object space has been reconstructed.
Es wird also im Rahmen mehrerer Iterationsschritte basierend auf den Originalprojektionen und den errechneten virtuellen Projektionen eine Korrektur des zu rekonstruierenden Objektraumes vorgenommenThus, in the course of several iteration steps based on the original projections and the calculated virtual projections, a correction of the object space to be reconstructed is undertaken
Vrec(n+1) = Vrec(n) + Function (Eo(n)-Pθ(n), Ei(n)-Pi(n), E2(n)-P2(n)-- Em(n)-Pm(n))V r ec (n + 1) = V rec (n) + Function (Eo (n) -Pθ (n), E i (n) -Pi (n), E 2 (n) -P2 (n) - Em (n) -PM (n))
(NeuRaum = AltRaum + Korrektur) bei Additiven Rekonstruktionsverfahren (NeuRaum = AltRaum * Korrektur) bei Multiplikativen Rekonstruktionsverfahren(NeuRaum = AltRaum + Korrektur) for additive reconstruction methods (NeuRaum = AltRaum * Korrektur) for multiplicative reconstruction methods
In der Art der Korrekturrechnung unterscheiden sich die verschiedenen algebraischen Rekonstruktionsverfahren. Das prinzipielle Vorgehen (iterative Veränderung des Objektraumes und Annäherung der virtuell errechneten Projektionen an die Originalprojektionen) ist aber allen diesen Verfahren gemeinsam.In the type of correction calculation, the different algebraic reconstruction methods differ. However, the basic procedure (iterative change of the object space and approximation of the virtually calculated projections to the original projections) is common to all these methods.
Im Rahmen des Verfahrens werden Projektionen P1(0)...P1 (m) des Objekts O gebildet; zur Bestimmung des Innenraums des Objekts O werden die Projektionen P1 (0)...P1(m) des Objekts O mit Projektionen E eines Referenz-
Objekts verglichen und die Projektionen E des Referenzobjekts werden an die Projektionen P1 (0)...P1(m) des Objekts O angenähert. Weiterhin werden zur Bestimmung des Innenraums des Objekts O erste Daten D1 , die die Geometrie des Referenzobjekts bezeichnen, und/oder zweite Daten D2, die den Werkstoff des Objekts O bezeichnen, und/oder weitere Daten, die das Objekt bezeichnen, verwendet.As part of the method, projections P1 (0)... P1 (m) of the object O are formed; for the determination of the interior of the object O, the projections P1 (0)... P1 (m) of the object O are compared with projections E of a reference Object and the projections E of the reference object are approximated to the projections P1 (0)... P1 (m) of the object O. Furthermore, to determine the interior of the object O, first data D1, which designate the geometry of the reference object, and / or second data D2, which designate the material of the object O, and / or further data, which designate the object, are used.
Insbesondere werden Abweichungen zwischen Daten, die das Referenzobjekt bezeichnen, und Daten, die das Objekt bezeichnen, gebildet.Specifically, deviations between data indicating the reference object and data indicating the object are formed.
Zur Bestimmung des Innenraums des Objekts O können bei der Verwendung von mindestens zwei Daten z.B. D1 und D2 die verwendeten Daten unterschiedlich gewichtet werden (z.B. 0,4 und 0,6). So werden Daten, die eine stark absorbierenden Objektwerkstoff bezeichnen, geringer gewichtet als Daten, die die Sollgeometrie des Objekts (= Geometrie des Referenzobjekts) bezeichnen.For determining the interior of the object O, when using at least two data, e.g. D1 and D2 the data used are weighted differently (e.g., 0.4 and 0.6). Thus, data that designates a highly absorbent object material is weighted less than data that designate the target geometry of the object (= geometry of the reference object).
Nach Bestimmung des Innenraums des Objekts O können Daten, die den bestimmten Objektinnenraum bezeichnen, mit vorgebbaren Referenzdaten verglichen werden. In Abhängigkeit des Vergleichs wird das Objekt O für eine vorgebbare Verwendung freigegeben oder nicht freigegeben.After determining the interior of the object O, data which designate the specific object interior can be compared with predefinable reference data. Depending on the comparison, the object O is released or not released for a predefinable use.
Ein wesentliches Problem bei allen Rekonstruktionsverfahren ist, dass bei geringen Anzahlen von Projektionen verschiedene Materialverteilungen im Objektraum die gleichen Projektionen erzeugen können. D.h. je geringer die Anzahl der Projektionen ist, um so größer ist die Unsicherheit im rekonstruierten Objektraum.A major problem with all reconstruction methods is that with small numbers of projections different material distributions in the object space can produce the same projections. That the smaller the number of projections, the greater the uncertainty in the reconstructed object space.
Beispielsweise könnten beide in Figur 5 dargestellten Materialverteilungen im Raum die gleiche Projektionen erzeugen.For example, both material distributions shown in FIG. 5 could produce the same projections in space.
(dunkel = Material mit starker Absorption, heller = Material mit geringerer Absorption)(dark = material with strong absorption, lighter = material with lower absorption)
Erst durch zusätzliche Projektionen lässt sich der Objektraum richtig rekonstruieren, Figur 6.
Für den Fall des homogen Objektwerksstoffes lässt sich dieses Problem reduzieren.Only through additional projections can the object space be correctly reconstructed, FIG. 6. In the case of the homogenous object material, this problem can be reduced.
Aber auch in diesem Fall und bei einer geringen Anzahl von Projektionen kann die Rekonstruktion des Objektraumes nur mit einer gewissen Unsicherheit erfolgen.But even in this case and with a small number of projections, the reconstruction of the object space can only be done with a certain degree of uncertainty.
Im Beispiel könnten auch bei einem homogenen Material bei beiden Materialverteilungen im Raum die gleichen Projektionen entstehen, Figur 7. Im dargestellten Beispiel ist das Material zwar homogen, aber die Größe und Verteilung im Raum ist unterschiedlich. Dennoch erzeugen die drei Strahlen nahezu identische Projektionen. Da aber nur die Projektionen bekannt sind, kann der Raum lediglich mit einer Ungewissheit rekonstruiert werden.In the example, even with a homogeneous material, the same projections could occur in both material distributions in space, Figure 7. In the example shown, the material is homogeneous, but the size and distribution in space is different. Nevertheless, the three beams produce nearly identical projections. But since only the projections are known, the space can only be reconstructed with uncertainty.
Auch in diesem Beispiel könnte durch Vergrößerung der Projektionsanzahl die Rekonstruktionsqualität verbessert werden, Figur 8.In this example too, the reconstruction quality could be improved by increasing the number of projections, FIG. 8.
Geht man jedoch davon aus, dass man einen Grossteil der Materialverteilung kennt, kann die oben beschriebene Ungewissheit reduziert werden, vgl. Figur 9 (links: tatsächliche Material-Verteilung; Mitte: erwartete Material-Verteilung; rechts: unbekannte Material-Verteilung).Assuming, however, that one knows a large part of the material distribution, the uncertainty described above can be reduced, cf. Figure 9 (left: actual material distribution, middle: expected material distribution, right: unknown material distribution).
Im Rahmen des Verfahrens wird aus einer guten Näherung (erwartete Materialverteilung) die tatsächliche Materialverteilung konstruiert, was sich als einfacher und dabei als hoch qualitativ erweist, als aus einer unbekannten Materialverteilung die tatsächliche Materialverteilung zu errechnen. Dementsprechend werden im Rahmen des Verfahrens zur Bestimmung des Innenraums eines Objekts O die genannten ersten und/oder zweiten Daten verwendet. Es können auch Daten verwendet werden, die einen zu findenden Fehler z.B. einen Riss bezeichnen.In the process, the actual material distribution is constructed from a good approximation (expected material distribution), which proves to be simpler, and thus high, than to calculate the actual material distribution from an unknown material distribution. Accordingly, in the context of the method for determining the interior of an object O, said first and / or second data are used. It is also possible to use data representing an error to be found, e.g. to denote a crack.
Das Verfahren eignet sich unter anderem für Gussteil-Objekte, deren (Soll-) Außengeometrie bekannt ist und die aus genau einem - bekannten - Werkstoff bestehen. Schon mit 3 Projektionen lassen sich sehr gute Ergebnisse bei der räumlichen Rekonstruktion erzielen.
Das von dem erfindungsgemäßen System durchführbare Verfahren kann grundsätzlich auch auf Objekte angewendet werden, die aus mehr als einem Werkstoff bestehen.The method is suitable, inter alia, for cast-iron objects whose (desired) outer geometry is known and which consist of exactly one - known - material. Even with 3 projections, very good spatial reconstruction results can be achieved. The method which can be carried out by the system according to the invention can in principle also be applied to objects which consist of more than one material.
Für die in Figur 10 gezeigten Bilder (1. Spalte (links): n Schichten desFor the images shown in FIG. 10 (1st column (left): n layers of the
Originalobjekts O; 2. Spalte: Projektionen P von O unter verschiedenen Winkeln, 3.Original object O; 2nd column: projections P of O at different angles, 3.
Spalte: n Schichten des rekonstruierten Raumes, es wurde alle Projektionen verwendet; Stand der Technik bei Iteration > 10, 4. Spalte: n Schichten des rekonstruierten Raumes unter Verwendung aller Projektionen und der Inform.Column: n layers of the reconstructed space, all projections were used; State of the art in iteration> 10, 4th column: n layers of the reconstructed space using all projections and the Inform.
„homogenes Material" bei Iteration > 10) wurde ein errechnetes Phantom"Homogeneous material" at iteration> 10) became a calculated phantom
(Referenzobjekt) verwendet, welches aus einer großen Kugel besteht, die im inneren 2 kleinere kugelförmige Löcher enthält. Diese Bilder sind das Ergebnis der ersten Rekonstruktionsversuche.(Reference object) used, which consists of a large ball, which contains inside 2 smaller spherical holes. These pictures are the result of the first reconstruction attempts.
Man erkennt deutlich den qualitativen Unterschied, der durch die Verwendung der Information „Homogenes Material" erreicht wird, vgl. Figur 10, 3 und 4.It can be seen clearly the qualitative difference that is achieved by the use of the information "homogeneous material", see Figures 10, 3 and 4.
Spalte.Column.
Artefakte im Bild (Doppelkreuz in der Bildmitte) entstehen durch Probleme bei der Berechnung der geometrischen Beziehung zwischen Projektionen undArtifacts in the picture (a double cross in the middle of the picture) are the result of problems in the calculation of the geometric relationship between projections and images
Objektraum.Object space.
Auch für die in Figur 11 gezeigten Bilder (1. Spalte (links): n Schichten des Originalobjekts O; 2. Spalte: n Schichten des rekonstruierten Raumes nach der 1. Iteration, es wurden 3 Projektionen verwendet, erfindungsgemäßes System; 3. Spalte: n Schichten des rekonstruierten Raumes nach der 3. Iteration, es wurden 3 Projektionen verwendet, erfindungsgemäßes System), wurde ein errechnetes Phantom (Referenzkörper) verwendet, welches aus einer großen Kugel besteht, die im inneren 2 kleinere kugelförmige Löcher enthält. Das weiter oben liegende Loch ist kleiner als das untere. Beide Löcher gehen ineinander über.
Artefakte fehlen weitgehend. Die Geometrieberechnung konnte entschieden verbessert werden. Für die Rekonstruktion wurden die folgenden 3 Projektionen des Originals verwendet. Projektionen des Originals (0,-45°, +45°), Figur 12Also for the images shown in Figure 11 (1st column (left): n layers of the original object O; 2nd column: n layers of the reconstructed space after the 1st iteration, 3 projections were used, system according to the invention; 3rd column: n layers of the reconstructed space after the 3rd iteration, 3 projections were used, system according to the invention), a calculated phantom (reference body) was used, which consists of a large ball containing 2 smaller spherical holes inside. The upper hole is smaller than the lower one. Both holes merge into each other. Artifacts are largely missing. The geometry calculation could be decidedly improved. For the reconstruction, the following 3 projections of the original were used. Projections of the original (0, -45 °, + 45 °), Figure 12
Allein diese 3 Projektionen wurden für die Rekonstruktion verwendet. Nach obig beschriebenen Algorithmus wird versucht, durch Variation der Materialverteilung im Raum eine Annäherung der errechneten Projektionen an die gemessene Originalprojektionen zu erreichen. Projektionen der Rekonstruktion nach der 1. Iteration, Figur 13 Projektionen der Rekonstruktion nach der 3. Iteration; Figur 14These 3 projections alone were used for the reconstruction. According to the above-described algorithm, an attempt is made to approximate the calculated projections to the measured original projections by varying the material distribution in the space. Projections of the reconstruction after the 1st iteration, Figure 13 Projections of the reconstruction after the 3rd iteration; FIG. 14
Nach der 3. Iteration ergibt sich keine Verbesserung des Rekonstruktionsergebnisses durch weitere Iterationsschritte.After the third iteration there is no improvement of the reconstruction result by further iteration steps.
Die Projektionen nach der 3. Iteration stimmen schon sehr gut mit den Projektionen des Originals überein.The projections after the third iteration are very similar to the projections of the original.
Als Rechenzeitbedarf für obige kleine Objekte ergaben sich folgende Zeiten: I .Iteration ~ 50ms 2. Iteration ~ 10ms 3. Iteration < 1msAs computation time requirement for the above small objects the following times resulted: I .Iteration ~ 50ms 2nd iteration ~ 10ms 3rd iteration <1ms
Dabei wurde von folgendem ausgegangen:The following assumptions were made:
1. Homogenes Material, d.h. jede Stelle im Objektraum besteht aus Material oder aus Nichts (Luft)1. Homogeneous material, i. every place in object space is made of material or nothing (air)
2. Grundgeometrie ist weitestgehend bekannt, d.h. für die Rekonstruktion wird vorausgesetzt, dass sich im Objektraum die große Kugel befindet.2. Basic geometry is widely known, i. For the reconstruction, it is assumed that the large sphere is located in the object space.
Die Löcher werden erst durch die Rekonstruktion in Position und Größe im Raum rekonstruiert.
Für die qualitative Kontrolle der Rekonstruktion kann man in den Figuren 12 bis 14 die Schnitte des Originalraumes mit den Schnitten des rekonstruierten Raumes vergleichen.The holes are reconstructed only by the reconstruction in position and size in space. For the qualitative control of the reconstruction, the sections of the original space can be compared with the sections of the reconstructed space in FIGS. 12 to 14.
Um den entschiedenen Vorteil des Verfahrens zu verdeutlichen, bei dem eine gute Näherung der Ausgangsgeometrie berücksichtigt wird, werden im folgenden die Ergebnisse des Rekonstruktionsverfahrens ohne Berücksichtigung der Geometrie verdeutlicht.In order to clarify the decided advantage of the method, in which a good approximation of the initial geometry is taken into account, the results of the reconstruction method without consideration of the geometry are clarified below.
Es wird von den 3. Projektionen des Originals ausgegangen, Figur 15It is assumed that the third projections of the original, Figure 15
Durch Variation der Materialverteilung im Raum wurden nach dem 1. Iterationsschritt folgende errechneten Projektionen ermittelt:By varying the material distribution in the room, the following calculated projections were determined after the first iteration step:
Projektionen der Rekonstruktion nach der 1. Iteration, Figur 16;Projections of the reconstruction after the 1st iteration, Figure 16;
Projektionen der Rekonstruktion nach der 10. Iteration, Figur 17.Projections of the reconstruction after the 10th iteration, Figure 17.
Man erkennt, dass auch hier durch eine größere Anzahl von Iterationsschritten eine entsprechend gute Näherung der errechneten Projektionen an die Originalprojektionen erreicht wird.It can be seen that a correspondingly good approximation of the calculated projections to the original projections is also achieved here by a larger number of iteration steps.
Als Rechenzeitbedarf für obige kleine Objekte ergaben sich - bei unbekannter Objektverteilung - folgende Zeiten: 90ms 90ms 71 ms 60ms 60ms 51 ms 50ms 40ms 50ms
40ms
Die in Figur 18 dargestellten Schnitte des Originalraumes und des rekonstruierten Raumes zeigen erhebliche Differenzen. Es wird deutlich, dass trotz sehr guter Näherung der Projektionen eine qualitativ ausreichende Rekonstruktion des Raumes auf Basis von nur 3 Projektion nicht möglich ist. Erst durch zusätzliche Projektionen lässt sich dieses Ergebnis verbessern.The calculation times required for the above small objects were - with an unknown object distribution - the following times: 90 ms 90 ms 71 ms 60 ms 60 ms 51 ms 50 ms 40 ms 50 ms 40ms The sections of the original space and the reconstructed space shown in FIG. 18 show considerable differences. It becomes clear that despite a very good approximation of the projections, a qualitatively sufficient reconstruction of the room based on only 3 projections is not possible. Only with additional projections can this result be improved.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass bei dem von dem erfindungsgemäßen System durchführbaren Verfahren, dessen Schritte in Figur 20 schematisch dargestellt ist, ausgehend von einer weitgehend bekannten Geometrie eines Objektes (z.B. sind CAD Daten vorhanden) und der Annahme, es handelt sich um ein homogenes Material (z.B. Aluguss) gute Rekonstruktionsergebnisse erzielt werden. Es ist nicht erforderlich, das gesamte Objekt 3D zu rekonstruieren, lediglich Abweichungen zu einer bestehenden Objektgeometrie werden rekonstruiert. Somit erhält man ein Differenzmodell zwischen (Soll-)Aus- gangsmodell (gewünschte Geometrie) und tatsächlich vorhanden Istmodell.In summary, it can be stated that in the method which can be carried out by the system according to the invention, whose steps are shown schematically in FIG. 20, starting from a largely known geometry of an object (eg CAD data are present) and assuming that it is a homogeneous material (FIG. eg aluminum casting) good reconstruction results can be achieved. It is not necessary to reconstruct the entire 3D object, only deviations from an existing object geometry are reconstructed. Thus one obtains a difference model between (target) initial model (desired geometry) and actually existing actual model.
Fehler in Objekten (Lunker) lassen sich also hinsichtlich Volumen und Anordnung gut beschreiben und darstellen.Defects in objects (voids) can thus be well described and represented in terms of volume and arrangement.
Das im vorstehende beschriebene (3D-)Verfahren, das von dem erfindungsgemäßen System durchgeführt wird, lässt sich weiter vereinfachen. Unter Verwendung der Aufnahmetechnik (LDA) beschränkt sich die Berechnung auf die Rekonstruktion von 2D Schnitten auf Basis von n-1 D Projektionen. Damit werden das zu verarbeitende Datenvolumen und die Rechenzeit erheblich reduziert.
The (3D) method described above, which is performed by the system according to the invention, can be further simplified. Using the acquisition technique (LDA), the calculation is limited to the reconstruction of 2D slices based on n-1 D projections. This considerably reduces the volume of data to be processed and the computing time.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
O ObjektO object
01 (5) ...01 (-5) Objektschichten01 (5) ... 01 (-5) Object layers
P1 (0)...P1 (m)) Projektion des Objekts (01 (5) ...O1 (-5))P1 (0) ... P1 (m)) Projection of the object (01 (5) ... O1 (-5))
E Projektionen des ReferenzobjektsE Projections of the reference object
XRAY Einrichtung zur Bildung von Projektionen PXRAY device for the formation of projections P
DET DetektorDET detector
CC RecheneinheitCC arithmetic unit
I/O Ein-/Ausgabeeinheit
I / O input / output unit