CN114486955A - 确定至少一个评估测量数据所需的几何参数的计算机实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定至少一个评估测量数据所需的几何参数的计算机实现方法，其中，该测量数据是借助对具有构件几何形状的构件的透射射线测量确定的，其中，通过该测量数据生成数字构件表示，其中，该方法(100)包括以下步骤：借助对构件的透射射线测量确定测量数据的步骤(102)；识别该数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤(104)；借助该参考区域确定至少一个评估所确定的测量数据所需的几何参数的步骤(106)。利用该方法(100)，需要比现有技术更低的计算能力。此外，可以毫不费力地使用该方法(100)。

Description

确定至少一个评估测量数据所需的几何参数的计算机实现 方法

技术领域

本发明涉及确定至少一个评估测量数据所需的几何参数的计算机实现方法。

背景技术

物体或生物的内部可以借助透射射线照片例如像计算机断层扫描测量图像来显示。为了例如能够进行计算机断层扫描测量必须知道几何校准，对于每个单独拍摄的透射射线照片，几何校准来自辐射源、探测器和待测物体的彼此几何定位和取向。在一张单独的透射射线照片中，辐射源、探测器和构件的彼此几何定位和取向、特别是X射线源和探测器关于构件或转台的姿态可被称为拍摄几何形状。重建需要几何校准，在重建时，从具有物体的不同拍摄几何形状的大量透射射线照片中确定物体的体数据。几何校准错误会导致重建体数据中的图像错误，例如模糊边缘、双边缘或扭曲等，因而在执行尺寸测量或其它分析如缺陷分析时生成测量误差。

为了进行几何校准，需要知道用于对物体进行透射射线测量的装置的几何参数。在通常情况下，每个单独透射射线照片需要九个参数或自由度(也称为DoF)。当选择待测刚性物体作为参考时，它们是关于探测器的三个平移参数和三个回转参数以及关于射线源的三个平移参数。但其它定义也是可能的。通过这种方式，可以建立对应于二维投影的透射射线图片的像素与三维体数据的空间坐标或体素的对应关联。这种一般情况例如在计算机断层扫描机器人的复杂运动轨迹的情况下需要确定用于每个透射射线照片的参数。在此，针对每个透射射线照片确定局部参数。

在某些运动轨迹例如轴向计算机断层扫描术的环形运动轨迹下或在螺旋计算机断层扫描术中，可能有较少参数。在这种情况下确定全局参数，可从中根据运动轨迹的设定来确定用于每个单独透射射线图片的全局参数。这并不排除对于每个单独透射射线照片用全局参数记录下与理想拍摄几何形状的偏差，所述偏差已直接在局部参数中予以考虑。

但特别是计算机断层扫描机器人和C臂计算机断层扫描仪一般不能精确定位探测器和辐射源。这不仅涉及***性偏差，也涉及随机偏差，因此在每次测量中与理想拍摄几何形状的偏差可能是不同的。除***性偏差外，正常轴向计算机断层扫描仪还具有随机偏差，其例如由热效应、旋转轴线晃动、在辐射源或轴线中的光点缓慢漂移、管子点蚀、轴线的振动、偏差或误差引起。此外，在透射射线测量期间的待测物体或生物的运动也可能是起因。

从US 7186023B中已知在所有需要的拍摄几何形状中事先或事后透射专用标准。这可被称为所谓的离线校准。依据单独透射射线照片中的标准的位置，可分别回算拍摄几何形状。但校准精度会随着时间推移而降低，因为用于执行透射射线测量的装置、尤其是计算机断层扫描机器人并不完全稳定。因此须定期重复所述校准或测定过程。这是耗时的。还可能造成在测量过程中也紧接在校准后出现漂移效应。另外，在灵活的或自适应的运动轨迹情况下，通常无法预先进行测定，因为尚不知道要使用的运动轨迹。

还已知从测量数据本身推导校准。这可被称为在线校准。通过在线校准，消除了与将离线校准转移到测量时间点相关的不确定性。但这些校准本身通常不太精确，因为无法使用具有已知几何形状的专用标准。此外，这些做法计算成本高昂并且复杂。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种计算机实现方法，其需要比现有技术更少的计算能力并且可以不太费力地使用。

在第一方面，本发明涉及一种确定测量数据评估所需的至少一个几何参数的计算机实现方法，其中，该测量数据是借助对具有构件几何形状的构件的透射射线测量来确定的，其中，通过测量数据生成数字构件表示，其中，该方法包括以下步骤：借助对构件的透射射线测量确定测量数据；识别数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域；借助该参考区域确定至少一个评估所确定的测量数据所需的几何参数。

利用本发明，执行在线校准，其中确定高度精确的几何参数。为此，在由测量数据或透射射线照片的重建中生成的数字构件表示中识别至少一个参考区域。参考区域仅包括该构件的一部分，而不是整个构件。仅基于所述至少一个参考区域来确定评估所确定的测量数据、即例如尺寸测量所需的几何参数。为此，在构件几何形状中、即在透射射线照片或重建的体数据或其分段中，确定该构件之中或之上的区域或几何形状，其尽可能好地适于借此进行几何校准。理想情况下，该校准是与在专用标准的测量时一样地计算的，而无需对其扫描。这减少了校准工作。此外，与在已知的在线校准方法相比，需要较少的计算能力。有针对性地搜索据此执行校准或确定几何参数的合适参考区域。有目的地使用参考区域减少了所需计算时间(尤其在每次迭代时)，或者在适当情况下能够实现与已知的在线校准方法相比的更高的精度。

如果假定已知几何校准，则该方法例如可以进一步被用于确定其它几何效应的参数并通过此方式校正该效应。所述效应可能是探测器与标称形状的偏差和非刚性行为，即在测量过程中待测物体或构件的变形。

在一个示例中，可以知道三个几何效应中的两个的参数并且可以确定第三几何效应的参数。也可以想到同时确定两个甚至所有三个几何效应的参数。

具有所述几何形状的测量物体的所选几何形状或数字构件表示的且尤其是体数据的所选部分区域被称为参考区域。在一个示例中，该参考区域也可以借助对构件几何形状的已有先验知识来识别。该参考区域也可以在进行测量之前确定。

此外，例如可以确定透射射线照片或测量数据中的参考区域，例如具有高对比度和/或清晰边缘的区域。使用透射射线照片的如下区域，在该区域中，参考区域、即构件几何形状或数字构件表示的体数据的所选部分区域被成像。在此例如可以想到这针对每个投影来单独进行。

对所确定的测量数据的评估尤其可以包含重建。

评估所需的几何参数例如可以是描述在测量期间的拍摄几何形状、探测器与标称形状的偏差或构件非刚性行为的参数。

根据一个示例，所述至少一个几何参数可以描述被用于构件透射射线测量的拍摄几何形状。

这可以被称为用于执行透射射线测量的装置、特别是计算机断层扫描***的几何校准。参数化的一种可能性是通过九个参数或自由度来描述测量数据的每个透射射线照片。

此外，该方法可以例如在确定测量数据的步骤和识别数字构件表示和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤之间具有以下步骤：借助至少一个预定的几何初始参数从至少一部分所确定的测量数据中确定呈数字构件表示形式的构件初步重建，其中，在识别数字构件表示和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤中，识别数字构件表示中和/或基于数字构件表示的分段中的区域。

参考区域可以借助初步重建或数字构件表示或基于初步重建进行的分割来识别，其中，该初步重建基于至少一部分透射射线照片或测量数据来进行。这例如可能意味着该测量数据的确定尚未完成，但已有的测量数据或一部分已有的测量数据已被用于初步重建。

在此，该方法可以在确定至少一个几何参数的步骤之后例如还具有以下步骤：只要未满足预定终止标准，就重复以下步骤：借助至少一个几何参数从所确定的测量数据的至少一部分中确定呈数字构件表示形式的另一个构件初步重建；识别该数字构件表示中的区域作为参考区域；借助该参考区域来确定替代所述至少一个几何参数且是测量数据评估所需的至少另一个几何参数。

因为几何参数现在比重复之前更精确，故新的初步数字构件表示或重建具有更高质量。因此能更好地选择至少一个参考几何形状。此外，已知对参考区域的更好了解，例如参考区域或其所包含的几何形状的相对定位，其被用在新的迭代中。当例如达到规定次数的迭代、几何参数在迭代步骤之间不再显著变化、即它们收敛、或者测量数据或由此重建的体数据满足规定的质量尺度时，重复步骤可以终止。

根据另一示例，确定至少一个几何参数的步骤可以具有以下子步骤中的至少一个：确定在数字构件表示中的参考区域彼此相对位置，确定在所确定的测量数据的至少一部分中的参考区域的投影位置，并且使用参考区域位置和参考区域投影位置来确定至少一个几何参数；和/或模拟在数字构件表示和/或基于数字构件表示的分段处的透射射线测量，其中，所述模拟生成模拟的测量数据，并且使用在所确定的测量数据和模拟的测量数据中的参考区域的比较来确定至少一个几何参数；和/或改变在该数字构件表示的至少一个投影中的数字构件表示的至少一个几何参数，确定在使用至少一个投影的构件重建的至少一个参考区域中的至少一个质量参数，重复所述至少一个几何参数的改变和以及至少一个参考区域中的至少一个质量参数的确定，直到至少一个优化几何参数具有是所有确定的质量参数的最大值的质量参数，并且使用至少一个优化的几何参数作为所确定的至少一个几何参数。

在确定参考区域时例如可以确定它们可分别被用于确定几何参数的三个子步骤中的哪一个。例如，小的球形夹杂原则上对上述所有三个子步骤都有利。形状不规则的夹杂对上述最后两个子步骤有利。具有高对比度的材料过渡区域对于最后一个子步骤是有利的：改变数字构件表示的至少一个投影中的数字构件表示的至少一个几何参数，确定使用至少一个投影的构件重建的至少一个质量参数，重复所述至少一个几何参数的改变以及至少一个质量参数的确定，直到至少一个优化的几何参数所具有的质量参数是所有所确定的质量参数的最大值，并且使用所述至少一个优化的几何参数作为所确定的至少一个几何参数。

在确定数字构件表示中的参考区域的相对位置、确定在所确定的测量数据的至少一部分中的参考区域投影位置、以及使用该参考区域位置和该参考区域投影位置来确定至少一个几何参数的子步骤的一个示例中，抛开共同构成六个自由度的全局平移和旋转不算，确定参考区域彼此相对位置，进而确定相互间距。因此，可以在一个自己的坐标系中描述参考区域位置。借助该信息，可以确定如下这样的几何参数，参考区域投影位置及其在初步数字构件表示中的位置优选尽可能一致。因此在几何校准情况下，各自姿态、即探测器的位置和取向以及X射线源关于参考区域和进而所规定的坐标系的位置依据该投影位置来确定。然后该几何信息于是可以被用于可代替初步数字构件表示的数字构件表示的正确重建。

对于该示例有利的是将如下构件几何形状用作参考区域，其投影位置可以在透射射线图片中清楚看出或定位。其一个示例是球形几何形状。由于或许每个单独透射射线图片的自由度的原因，在此需要一定最少量几何形状。还有利的是使用三个、四个甚至更多的参考区域来获得精确的几何校准。例如还有利地可以采用相对大量的参考区域，例如至少8、20、50或100个。于是，在透射射线图片中的一些参考区域的投影位置可能定位得不太准确、有时相互覆盖或者它们无法在所有的透射射线图片中看到也不成问题，因为这可以通过改善的统计而被补偿。

此外，在另一个示例中，如果单个投影中的参考区域在透射射线照片中相互重叠或覆盖或至少非常接近或者位于测量值(在计算机断层扫描术中是灰度值)或测量值背景(如灰度值背景)比较不均匀的投影区域中，则不会考虑这些参考区域。这使得确定投影中的参考几何形状的准确位置变得困难。

通常，必须求解非线性方程来确定几何参数。列文伯格-马奎尔特算法(Levenberg-Marquardt-Algorithmus)的迭代解例如是可想到的。但是，所确定的解可能限于局部最小值。

例如对于轴向拍摄几何形状，如果不使用***轨迹，则透射射线照片中的参考几何形状的路径的椭圆拟合可能更稳定。

为了执行完整的几何校准，确定至少一个几何参数的子步骤可以具有以下子步骤中的至少一个：确定在数字构件表示中的参考区域相对位置，确定在所确定的测量数据的至少一部分中的参考区域投影位置，以及使用参考区域位置和参考区域投影位置来确定至少一个几何参数，其可针对所有透射射线照片执行。

在模拟在数字构件表示和/或基于数字构件表示的分段处的透射射线测量(其中所述模拟生成模拟的测量数据)，并使用在所确定的测量数据和模拟的测量数据中的参考区域的比较来确定至少一个几何参数的子步骤中，例如可以针对所关注的透射射线照片搜索该组几何参数，对于该透射射线照片，模拟测量数据的模拟透射射线照片和确定的测量数据的实测透射射线照片针对该参考区域具有最佳匹配一致。为此可以使用相似性度量，例如在计算机断层扫描术情况下的像素灰度值的相关性。例如可以想到分别比较一个梯度表示。模拟的透射射线照片例如可以借助基于光线投射的方法或前向投影来进行。为了执行完整的几何校准，可针对所有透射射线照片进行该子步骤。

还确定允许基于投影的校正的相应参考区域。像在确定至少一个几何参数的子步骤中那样，代替地具有以下子步骤中的至少一个：确定在数字构件表示中的参考区域相对位置，确定在所确定的测量数据的至少一部分中的参考区域的投影位置，并且使用参考区域位置和参考区域投影位置来确定至少一个几何参数，但以“分析”方式比较3D中参考几何形状的位置与在2D中的投影位置，模拟辐射测量的子步骤适用于数字分量表示和/或基于数字分量表示的分割，模拟在数字构件表示和/或基于数字构件表示的分段处的透射射线测量(其中所述模拟生成模拟的测量数据)、并使用在所确定的测量数据中与模拟测量数据中的参考区域的比较来确定至少一个几何参数的子步骤对图像数据起效。将数字透射与实测透射射线图片相比较，并搜寻导致最大匹配一致的几何参数。这仅针对所识别的、例如特征鲜明的参考区域进行。这显著减少了计算时间。

根据改变在该数字构件表示的至少一个投影中的数字构件表示的至少一个几何参数、确定在使用至少一个投影的构件重建的至少一个参考区域中的至少一个质量参数、重复所述至少一个几何参数的改变和在至少一个参考区域中的至少一个质量参数的确定直到至少一个优化几何参数具有是所有确定的质量参数的最大值的质量参数、并且使用至少一个优化的几何参数作为所确定的至少一个几何参数的子步骤的一个示例，针对所述至少一个所关注的透射射线照片搜索其参考区域的体数据具有最佳特性的一组几何参数。所述特性例如可以是对比度、熵、分辨率或边缘/材料过渡的清晰度，因为有误的几何参数通常不利地影响所述特性。这可以分别依据体数据本身和/或依据灰度值直方图来进行评估。此外，也能如此执行优化，即在灰度值直方图中显示单独材料的尽可能分离的峰。

在用于几何校准的一个示例中，单独投影或透射射线照片对体数据的影响微弱。因此，所有投影的几何参数有利地被一起优化，即全局参数，因为否则会有很多自由度。

为了进一步优化体数据质量，为此被评估的体积区域被智能选择。这些区域是参考区域。通过这种方式，可以更快速、更有针对性地且因此也更精确地执行所述优化。

所有上述三个子步骤原则上都适于确定上述三个几何效应的几何参数。在这里，几何校准也是实践中最重要的作用。在此，例如上述子步骤中的多个步骤可以被组合或同时使用。例如，其中某些参考区域仅可用于其中一个子步骤，而其它参考区域可用于上述子步骤中的两个或三个子步骤，具体取决于它们的适用性。

当作为参考区域采用简单且在投影中可清楚识别的结构(如可被精确确定位置的球或小夹杂)时，确定数字构件表示中的参考区域的相对位置、确定在所确定的测量数据的至少一部分中的参考区域投影位置、并使用该参考区域位置和该参考区域投影位置来确定至少一个几何参数的子步骤往往更合适。

当采用比较复杂的结构作为参考区域时，模拟在数字构件表示和/或基于数字构件表示的分段处的透射射线测量(其中所述模拟生成模拟的测量数据)、并使用在所确定的测量数据和模拟的测量数据中的参考区域的比较来确定至少一个几何参数的子步骤往往更合适。

在几何校准的示例中，首先提到的那两个子步骤往往最适合计算机断层扫描机器人或***轨迹，也最适于确定这些投影与所属理想运动轨迹的偏差。原则上，所有三个子步骤都适用于确定传统轴向计算机断层扫描术或螺旋计算机断层扫描术的全局参数。

在此，例如在确定数字构件表示中的参考区域的相对位置、确定在所确定的测量数据的至少一部分中的参考区域投影位置、并使用该参考区域位置和该参考区域投影位置来确定至少一个几何参数的子步骤中，可以在确定投影位置时考虑该参考区域的几何形状。

在子步骤中：确定参考区域在数字分量表示中彼此的位置，确定参考区域在所确定的测量数据的至少一部分中的投影位置，并使用参考区域的位置和参考区域的投影位置确定至少一个几何参数；在确定投影位置时考虑参考区域的几何形状。

对参考区域的几何形状的考虑尤其涉及与球形几何形状的偏差。因此，例如可以使用例如来自缺陷分析的对参考区域三维几何的了解来预测相应的参数，例如在二维投影中的透射射线照片的像素值的极值的重心或参考区域成像的框边。它们随后可以被更好地或更准确地识别。通过这种方式，在透射射线照片或投影中的几何形状位置的相互对应配属或相对于数字构件表示中的位置的对应配属的精度被提高。例如这可以如此实现，确定几何形状的主轴线且因此确定或模拟对投影的影响。

此外，例如在模拟在数字构件表示和/或基于数字构件表示的分段处的透射射线测量(其中所述模拟生成模拟的测量数据)、并且使用在所确定的测量数据和模拟的测量数据中的参考区域的比较来确定至少一个几何参数的子步骤中，模拟的测量数据仅针对该数字构件表示中的具有参考区域的区域来生成。

换言之，仅计算在参考区域的区域中以及必要时在参考区域周围的小区域中的模拟透射射线并且与来自测量数据的所确定的透射射线照片进行比较。因此所需的计算能力被降低。所述投影的例如在使用Sobel算子后的导数或梯度表示或其它表示在此例如能被查看或比较。此外，透射测量只能针对构件的锥形区域被模拟，在此，该锥形区域包含所述参考区域。于是，仅针对在此需要几何参数来做评估的构件区域生成模拟的测量数据。这进一步降低了所需计算能力。

在另一示例中，在改变在数字构件表示的至少一个投影中的数字构件表示的至少一个几何参数、确定在使用至少一个投影的构件重建的至少一个参考区域中的至少一个质量参数、重复所述至少一个几何参数的改变和在至少一个参考区域中的至少一个质量参数的确定直到至少一个优化几何参数具有是所有确定的质量参数的最大值的质量参数、并且使用至少一个优化的几何参数作为所确定的至少一个几何参数的子步骤中，借助该数字构件表示中的变化的几何参数来重新重建和分析仅该数字构件表示的具有参考区域的区域。

通过反复改变几何参数和在优化几何参数的确定时的重建和分析，可以识别正确的几何参数。因为只需重建小的区域，故这速度更快或者可以同时进行更多次迭代。

识别数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤例如可以具有以下子步骤：分割数字构件表示的边界面。

在此示例中，所述分割可以不仅包括外界面、也包括内界面。内界面可以是构件内表面或构件内的内表面，例如是可能很小的夹杂、气孔或缺陷的内表面。在一个示例中，可以有利地以亚体素精度进行该分割。还例如所述分割可依据数字构件表示的体数据、但也可依据测量数据或透射射线照片来进行。例如还可以想到，共同考虑所述分割和体数据以识别所述参考区域。在此，例如可以在数字构件表示的体数据中使用具有高吸收性和/或良好对比度的小球形几何形状。

此外，例如在识别数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤中，能识别其中布置有材料夹杂和/或空气夹杂的区域。

材料夹杂和/或空气夹杂通常是事先未知的并且仅借助测量数据或数字构件表示的体数据的适当分析来识别。这例如可以是确定缺陷掩模的分析。有利地，例如可以仅使用材料夹杂，因为它们比空气夹杂具有更好的对比度。这尤其适用于金属夹杂。特别是，该特征与如下子步骤组合是有利的：确定在数字构件表示中的参考区域的相对位置，确定在所确定的测量数据的至少一部分中的参考区域的投影位置，并且使用参考区域位置和参考区域投影位置来确定至少一个几何参数。

根据另一示例，在识别数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤中，能识别具有如下形状的区域，其为球形或在考虑预定公差范围情况下被归类为球形。

尤其关于材料夹杂和/或空气夹杂，这可能是有利的，因为夹杂具有能在投影或透射射线照片中被轻易定位的球形几何形状。此外，它们在不同的透射方向上在投影中很相似地成像。需要分析材料夹杂和/或空气夹杂的几何形状以识别具有相应几何形状的那些夹杂。这例如可以依据缺陷掩模来完成，该缺陷掩模例如可以从缺陷分析中获得。尤其在增材制造中可能存在许多材料夹杂。为了以亚像素精度尽量精确地确定投影中的球形几何形状的位置，例如可以确定该投影中的几何形状图像的质心。该特征尤其与如下子步骤组合是有利的：确定在数字构件表示中的参考区域的相对位置，确定在所确定的测量数据的至少一部分中的参考区域的投影位置，并且使用参考区域位置和参考区域投影位置来确定至少一个几何参数。

在识别数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤中，例如还可以识别如下区域，它们是构件中的组件的一个物体并且其所具有的吸收系数在预定区间范围内。

它们例如可以是螺钉、钉子、销栓、铆钉、金属球、缆线或插头部件。最好选择组件中的小的物体。该物体的吸收系数比较高是有利的。与如下子步骤组合的特征是尤其有利的：确定在数字构件表示中的参考区域的彼此位置，确定在至少一部分所确定的测量数据中的参考区域的投影位置，并使用所述参考区域的位置和参考区域投影位置来确定至少一个几何参数。

此外，在识别该数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤中例如可以识别布置在构件几何形状的如下体积中的区域，在该体积中未曾识别出参考区域或所识别出的参考区域的数量小于预定极限值。

通过这种方式，能提高几何校准的可获得精度，因为例如几何校准的一些误差不同地体现在具有该构件的测量体积的不同区域中。特别是在与确定在数字构件表示中的参考区域的彼此相对位置、确定在至少一部分所确定的测量数据中的参考区域的投影位置、并且使用参考区域位置以及参考区域投影位置来确定至少一个几何参数的子步骤相结合的情况下，当几何形状尽可能分散或彼此远离地布置时，获得更稳定的结果。

根据示例，在借助参考区域确定测量数据评估所需的至少一个几何参数的步骤中，可以考虑参考区域的安全参数。

安全参数可以表示分配给它的参考区域的位置有多可靠。例如因其安全参数而被判断为不可靠的参考区域例如在加权调整中被例如加以较小权重。通过这种方式，有误调整风险被最小化。

在所有上述示例中，可以选择具有面向所有空间方向的表面的参考区域。这确保了例如在计算机断层扫描术的透射射线照片中可能在所有空间方向上存在灰度值过渡并加以分析。作为特别有利的几何形状的示例是：在有夹杂情况下的球体，例如在有孔时的空心球，或没有边缘的几乎任何全封闭的几何形状。这与如下子步骤组合地是特别有利的：改变在数字构件表示的至少一个投影中的数字构件表示的至少一个几何参数，确定采用所述至少一个投影的构件重建的至少一个质量参数，重复所述至少一个几何参数的改变和至少一个质量参数的确定，直到至少一个优化的几何参数所具有的质量参数是所有所确定的质量参数的最大值，并使用至少一个优化的几何参数几何参数作为所确定的至少一个几何参数。

此外，在确定几何参数时，可以考虑关于部件定位的其它先验知识：X射线源、探测器和待测构件彼此之间的位置关系。这可以在另一示例中被考虑用于单独投影或透射射线照片。因此，例如可以知道X射线源和探测器在测量开始和结束时都处于已知的“锁定”位置或测定位置，这些位置以高精度已知，而在其它投影中定位的不可靠性更大。

在进行几何参数的确定时也可以结合几何形状的先验知识，例如，如果在测量数据中映射了标准几何，例如螺纹或有角表面，在某些情况下，无需进一步参考测量，就可以假设他们是正确制造的。例如关于螺纹螺距或有角表面有很好的平整度的知识可以以如下方式来结合，即识别出该设定条件在测量数据中也被满足的几何参数。通过这种方式，例如可以进行附加几何参数的确定，例如几何形状放大倍数或体素大小。一般，为此例如可以采用从构件CAD模型中推导出的尺寸或几何形状。在此可以创建或预先限定标准几何形状的目录，其在测量数据中被搜索。当使用通常精确加工的尺寸或几何形状时，该步骤是特别有利的。

根据另一个示例，可以从数字构件表示的中心平面中选择几何形状，或者几何形状所基于的测量数据可以具有较低的不可靠性或相应的安全参数，因为锥形束伪影的影响在此最小。

参考区域相关数据例如可以来自另一来源，例如来自同一构件的另一测量。此时可能有利的是对内部结构成像。其示例是高质量或高分辨率的计算机断层扫描测量或显微照片。

如果存在CAD模型、初步重建或关于构件几何形状的其它信息，则根据另一个示例，可以在必要时按照一定“密度”计算在可能透视方向的整个角度空间范围的模拟情况。所确定的测量数据的当前真实投影或透射射线照片可以与模拟投影进行比较并识别最佳匹配。通过所述对应配属可以确定粗略拍摄几何形状。如果关于几何校准的先验知识非常不精确，则该示例是特别有利的。如果需要，在另一个示例中，如果透视方向的“密度”在局部不足以确定拍摄几何形状，则还可以有针对性地重新计算其它相关的模拟投影。

在执行本发明的方法时可以考虑使用计算机断层扫描测量的另一示例，即存在光子进入探测器的光谱相关的穿透深度。不同材料的构件因此可以在锥形射束几何形状情况下以不同有效放大倍数来成像，这会造成测量误差。对这种影响的考虑可以将该测量误差减至最小。

如果在投影中识别几何形状，则在另一个示例中可能有利的是单独针对每个投影识别几何形状。

当构件正在或将要借助增材制造来生产时，则例如可能有利的是将合适的几何形状、例如小的球形结构放置在物体内以便能将其用于本发明的方法。

在另一方面，本发明涉及一种具有可在计算机上运行的指令的计算机程序产品，所述指令在计算机上运行时促使计算机执行根据前述说明的方法。

计算机程序产品的优点和作用以及改进方案来自上述方法的优点和作用以及改进方案。因而就此而言参照以上说明。

附图说明

本发明的其它特征、细节和优点来自权利要求的措辞以及以下结合附图对实施方式的说明，其中：

图1示出了确定至少一个测量数据评估所需的几何参数的计算机实现方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，根据图1，确定测量数据评估所需的至少一个几何参数的计算机实现方法整体用附图标记100来标示。

利用方法100，确定几何参数，借此评估来自构件的透射射线测量的测量数据。所述至少一个几何参数例如可以描述用于构件的透射射线测量的拍摄几何形状。

在第一步骤102中，测量数据借助透射射线测量被确定。在此，测量数据例如可以从计算机断层扫描测量中获得并且是具有构件几何形状的构件的投影或透射射线照片。构件几何形状描述构件的真实三维形状。可以从测量数据生成数字构件表示，例如通过从投影重建构件的体数据。

在可选步骤108中，能从至少一部分所确定的测量数据进行初步重建以获得初步体数据。此外还因此获得初步数字构件表示。借助至少一个预定几何形状初始参数来进行所述初步重建。所述预定几何形状初始参数可以由使用者或另选方法来预先确定，或者是估算值或经验值，其是从比当时用于相同或相似的构件的最终几何参数更早地采用该方法100中确定的。

然后在步骤104中，识别数字构件表示或构件几何形状中的至少一个参考区域，例如其中布置有材料夹杂和/或空气夹杂的区域，和/或其几何形状是球形或在考虑预定公差范围下被归类为球形的区域。此外，例如可以识别如下区域，其是该构件内的组件的一个物体并且其所具有的吸收系数在预定区间范围内，或者其布置在未曾识别出参考区域或所识别出的参考区域的数量小于预定极限值的构件几何形状的体积内。所述至少一个参考区域在此仅包含数字构件表示或构件几何形状的一部分。

步骤104可以具有可选的子步骤124，利用该子步骤分割数字构件表示中的边界面。

当已经执行步骤108时，可以执行通过初步重建获得的数字构件表示中的参考区域的识别。替代地或附加地，可以在数字构件表示的分割中进行识别。

依据测量来确定参考区域及其位置，在该测量中，与重建相关的几何参数中的迄今存在的误差或不准确性仍有影响。因此，这些误差有时会部分反映在参考区域或其位置中，因此无法在投影中被识别或修正。为了重建体积区域，使用来自探测器不同区域的数据，以便能平均掉局部偏差。因此，依此确定参考区域的体数据的重建对误差有补偿作用。因此，所述误差往往对参考区域或其位置影响甚微。类似地，分割或表面确定的步骤也可以具有补偿作用。依据参考区域的信息，可以确定所述误差并在下次重建时予以修正。

当例如存在探测器关于几个像素的未知侧向错位时，这在轴向计算机断层扫描术中近似不会引起体数据的任何***性失真。仅会导致在探测器的x-y平面内的模糊。参考区域的(重心)位置(例如缺陷)不受此影响，故参考区域是“正确的”且可用于修正。

参考区域例如可以借助构件的CAD模型来识别。CAD模型是关于待测构件的先验知识的示例。然后，使用在CAD模型中所确定的构件几何形状，以选择适合作为参考区域的构件合适区域，以由此获得用于测量数据评估的几何参数。它们例如可以是能在透射射线测量中可靠且高质量地成像的区域。它们例如可以是如下区域，预计它们因其几何形状或材料成分而在测量数据中清晰可见。

替代地或附加地，可以在不使用先验知识的情况下从数字构件表示或其分割中选择所述区域。为此，例如在透射射线照片中首先选择具有高对比度和/或清晰边缘的区域作为参考区域。为此，透射射线照片可以单独针对合适的区域进行评估。从这些区域中选择在数字构件表示和/或其分割中所成像的区域。

例如，数字构件表示中的区域的识别可能意味着在没有特别先验知识构件几何形状的情况下搜索特别适于几何校准的参考区域。另外，该识别例如可意味着在测量数据中确定构件的已知或限定的参考区域的位置。

在步骤106中借助该参考区域确定用于测量数据评估的至少一个几何参数。在此例如可考虑该参考区域的安全参数。所述评估例如可以是最终重建，即从测量数据中生成体数据。替代地，所述评估可以是直接在投影数据中的几何形状测量，其中，投影彼此之间的几何形状对应被予以考虑。

几何参数例如可以描述拍摄几何形状、探测器与标称形状的偏差或在测量过程中构件的非刚性行为例如变形。

探测器与标称形状的偏差可能会导致探测器变形，特别是在计算机断层扫描机器人中。此外，例如当像素距离存在一定偏差时，该偏差可能源自探测器结构公差。

在下文中，步骤106的可选子步骤118、120和122描述了能可选地彼此组合的用于确定至少一个几何参数的方法步骤。

为此，在子步骤118中可以确定在数字构件表示中的参考区域的相对位置。它不仅可以包括几何形状的三维空间确定或定位的不可靠性，也可以包括在二维投影中可识别几何形状或能确定其位置和/或定向的不可靠性。此外，在该子步骤中，确定在至少一部分所确定的测量数据中的参考区域的投影位置并进而用于确定所述至少一个几何参数。

可选地，可以在子步骤118中在确定投影位置时考虑参考区域的几何形状。

利用子步骤120，可以模拟在数字构件表示上和/或在基于数字构件表示的分割上的X透视测量。该模拟生成模拟测量数据，在其中也描绘出参考区域。将模拟测量数据的参考区域与所确定的测量数据的参考区域进行比较。体数据和/或测量数据或投影的例如具有更高噪声的区域在模拟和确定的测量数据是否一致的评估中被较少考虑，因为所述区域的信息含量较少。上述比较结果被用于确定所述至少一个几何参数。

可选地，在子步骤120中只针对数字构件表示中的具有参考区域的区域生成模拟测量数据。

此外，可以利用子步骤122来改变在数字构件表示的至少一个投影或透射射线照片中的数字构件表示的至少一个几何参数。利用至少一个变化的几何参数来执行至少基于所述至少一个投影的构件重建。为了重建，确定至少一个参考区域中的至少一个质量参数。重复所述至少一个几何参数的改变和所述至少一个参考区域中的至少一个质量参数的确定，直到至少一个优化的几何参数所具有的质量参数是所确定的所有质量参数的最大值。在此，通过改变至少一个几何参数来提供改变的重建，其质量被重新评估。体数据和/或测量数据或投影的具有例如增大噪声的区域在评估体数据的质量时被考虑较少，因为这些区域的信息含量较少。如果根据上述终止标准确定了一个优化的几何参数，则其作为用于测量数据评估的至少一个几何参数。

可选地，在子步骤122中可仅借助数字构件表示中的变化的几何参数来重新构建和分析该数字构件表示的具有参考区域的区域。

借助参考区域，可以推导出关于探测器与标称形状的或许局部的偏差、即与理想探测器几何形状的偏差的信息。特别是，如果存在很多的高质量参考区域并且几何校准是已知的。

真正的探测器并不完美，因为像素间距离通常并不恒定，此外可能出现垂直于探测器表面的变形。因此存在探测器与完美像素矩阵的偏差。所述偏差(近乎每个像素三个自由度)在许多测量中都近似恒定。但是，它们也可能在不同的投影之间变化，例如在被机械臂定位且在其自重下或因热作用在不同取向上不同地变形的探测器中。所述偏差例如可通过各自像素与标称位置的偏差的逐像素定义来描述。与理想探测器几何形状的偏差通常无法依据投影分析来识别，只要被透射的或所成像的几何形状是未知的。因为这些参考区域及其彼此相对位置是已知的，故可以借助投影来确定某些可能是局部的偏差，从而它们随后可被修正或在重建中予以考虑。也可能有z分量，例如当探测器被弯曲时。所述失真可能依赖于温度，因此对每个投影都会不同。尽管如此，最大部分在投影范围内大多保持不变。有利地，于是针对每个像素来确定例如呈偏差向量形式的全局失真。

为了减少自由度数量而可能有利的是，仅针对像素的一部分确定偏差向量并在它们之间进行内插。

借助参考区域，关于在测量过程中的构件的非刚性行为例如变形或针对每个投影确定几何参数，特别是如果存在很多的高质量参考区域并且几何校准是已知的。

在未修正情况下，测量数据在被测构件变形时并不一致。这由体数据中的图像误差体现。在重建中，非刚性行为可被修正或予以考虑，从而可以重建一致且尽量无错误的体积。

构件的非刚性行为例如可通过位移矢量场来表示。在此情况下，有可能出现场的各种不同分辨率以及由此导致相应变化的支承点总数。因为自由度数量在探测器与标称形状有偏差时也比较大，故需要较多参考区域来确定几何参数。

应用示例例如是在测量过程中因其自重而变形的薄壁构件，或由热效应引起的变形，例如在有限区域加热构件。

有利地，在开始时存在所搜索的几何参数的至少一个粗略估算。但仅对于单独投影知道粗略的拍摄几何形状就够了，因为这足以用于初步重建。此外，可以使用其它方法来进行参数的第一次粗略估算，例如此时使用关于在不同投影中的线积分的一致性条件或所谓的对极一致性条件，然后借助本发明进行精确确定。

本发明优选被用在使用面探测器的测量中。

为了精确确定已识别的构件几何形状的位置，可以分别使用几何形状的定义清晰的位置，例如质心或边的交点、如立方体的角。

此外，随着进一步的方法步骤，可以确实布置于“平面外”的探测器倾斜的两个角度、即没有探测器法线作为转动轴线的两个方向。因此可以执行几何形状放大率或体素大小、探测器布置于平面外的倾斜和/或其它几何参数的确定。为此例如可以借助传感器如激光干涉仪来确定探测器、X射线源和转动轴线的相对位置。

在另一示例中，在测量过程中，具有已知几何形状的另外的物体例如彼间隔已知距离的两个球位于测量范围内。在另一示例中，例如当存在关于构件的部分几何形状的参考测量时，可以利用对某些构件几何形状的了解以将该了解转移入整个测量中。

根据应用轴向计算机断层扫描仪或螺旋计算机断层扫描仪的几何校准的示例，可以首先确定全局参数。因此，自由度数量首先以合理方式被限制。它作为用于局部几何参数或单独投影与理想运动轨迹的偏差的初始值或起始点被用在轴向计算机断层扫描仪或螺旋计算机断层扫描仪中。

在步骤106之后，该方法可以具有可选步骤110。在步骤110中，只要不满足预定终止标准，就重复可选子步骤112、114和116。

在子步骤112中，呈数字构件表示形式的另一个构件初步重建被确定。为此使用所确定的测量数据的至少一部分。在此，测量数据的确定不一定是孤立的并且可以继续并行进行。已有的测量数据或已有测量数据的一部分在此能形成所确定的测量数据的至少一部分。或者，在测量数据的确定结束之后，可将已有测量数据的一部分用于初步重建。该重建借助在步骤106中所确定的几何参数来进行。

然后，在子步骤114中重新识别该数字构件表示中的区域作为参考区域。因为数字构件表示借助几何参数来确定，故在子步骤114中所用的数字构件表示往往比步骤104中更精确。即，在子步骤114中所确定的参考区域也往往具有比在步骤104中所确定的更高的质量。

在子步骤116中，借助来自子步骤114的参考区域来确定至少另一个几何参数，其取代先前的至少一个几何参数。因为参考区域往往更好，故所述至少另一个几何参数往往比在步骤106中所确定的几何参数更精确。

当重复子步骤112至116时，在子步骤114中所确定的至少另一个几何参数被视为所述至少一个几何参数。

预先确定的终止标准例如可以包括如下条件，新确定的至少一个几何参数与在先的几何参数之间的差异低于预定阈值，因此新确定的至少一个几何参数不是相对于先前的至少一个几何参数的明显改善。

在可以合理执行的情况下，可以任意改变本示例所描述的步骤顺序。

计算机实现方法100可以借助计算机程序产品在计算机上执行。计算机程序产品在此具有可在计算机上执行的指令。当该指令在计算机上执行时，它们促使计算机执行所述方法。

本发明不限于上述实施方式之一，而是能以各种各样方式来修改。来自权利要求书、说明书和附图的所有特征和优点(包括结构细节、空间布置和方法步骤在内)不仅能单独地、也能在各种不同的组合中对本发明是重要的。

Claims (15)

1.一种确定测量数据评估所需的至少一个几何参数的计算机实现方法，其中，所述测量数据是借助对具有构件几何形状的构件的透射射线测量来确定的，其中，通过所述测量数据生成数字构件表示，其中，所述方法(100)包括以下步骤：

-借助对构件的透射射线测量确定所述测量数据的步骤(102)；

-识别所述数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤(104)；

-借助所述参考区域确定评估所确定的测量数据所需的至少一个几何参数的步骤(106)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个几何参数描述被用于对所述构件的透射射线测量的拍摄几何形状。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法(100)在确定所述测量数据的步骤(102)与识别所述数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤(104)之间包括以下步骤：

-借助至少一个预定的几何形状初始参数，从所确定的测量数据的至少一部分确定呈数字构件表示形式的构件初步重建的步骤(108)，

其中，在识别所述数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤(104)中，识别所述数字构件表示中和/或基于所述数字构件表示的分段中的区域。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法(100)在确定至少一个几何参数的步骤(106)之后还包括以下步骤：

-只要不满足预定的终止标准，就重复(110)以下步骤：

-借助所述至少一个几何参数从所确定的测量数据的至少一部分确定呈数字构件表示形式的另一构件初步重建的步骤(112)；

-识别所述数字构件表示中的区域作为参考区域的步骤(114)；

-借助所述参考区域确定至少一个另外的几何参数的步骤(116)，该至少一个另外的几何参数替代所述至少一个几何参数并且对于测量数据评估是必需的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，确定至少一个几何参数的步骤(106)具有以下子步骤中的至少一个：

-确定在所述数字构件表示中所述参考区域彼此的相对位置，确定在所确定的测量数据的至少一部分中所述参考区域的投影位置，并且使用所述参考区域的所述位置和所述参考区域的所述投影位置确定至少一个几何参数的步骤(118)；和/或

-模拟在所述数字构件表示和/或基于所述数字构件表示的分段处的透射射线测量，其中，所述模拟生成模拟的测量数据，并且使用在所确定的测量数据中的参考区域与所述模拟的测量数据中的参考区域的比较来确定至少一个几何参数的步骤(120)；和/或

-改变所述数字构件表示的至少一个投影中的数字构件表示的至少一个几何参数，确定使用至少一个投影的构件重建的至少一个参考区域中的至少一个质量参数，重复所述至少一个几何参数的改变以及至少一个参考区域中的至少一个质量参数的确定，直到至少一个优化的几何参数具有是所有确定的质量参数的最大值的质量参数，并且使用所述至少一个优化的几何参数作为所确定的至少一个几何参数的步骤(122)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在确定在所述数字构件表示中所述参考区域彼此的相对位置，确定在所确定的测量数据的至少一部分中所述参考区域的投影位置，并且使用所述参考区域的所述位置和所述参考区域的所述投影位置确定至少一个几何参数的子步骤(118)中，在确定所述投影位置时考虑所述参考区域的几何形状。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在模拟在所述数字构件表示和/或基于所述数字构件表示的分段处的透射射线测量，其中，所述模拟生成模拟的测量数据，并且使用在所确定的测量数据中的参考区域与所述模拟的测量数据中的参考区域的比较来确定至少一个几何参数的子步骤(120)中，仅针对所述数字构件表示中的具有参考区域的区域来生成所述模拟的测量数据。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在改变所述数字构件表示的至少一个投影中的数字构件表示的至少一个几何参数，确定使用至少一个投影的构件重建的至少一个参考区域中的至少一个质量参数，重复所述至少一个几何参数的改变以及至少一个参考区域中的至少一个质量参数的确定，直到至少一个优化的几何参数具有是所有确定的质量参数的最大值的质量参数，并且使用所述至少一个优化的几何参数作为所确定的至少一个几何参数的子步骤(122)中，仅借助所述数字构件表示中的改变的几何参数来重新重建和分析所述数字构件表示中的具有参考区域的区域。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，识别所述数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤(104)具有以下子步骤：分割所述数字构件表示的边界面的步骤(124)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在识别所述数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤(104)中，识别其中设有材料夹杂和/或空气夹杂的区域。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在识别所述数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤(104)中，识别具有以下几何形状的区域，其是球形的或在考虑预定公差范围的情况下被归类为球形。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，在识别所述数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤(104)中，识别是所述构件的组件中的一个物体的区域，该区域所具有的吸收系数在预定区间范围内。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，在识别所述数字构件表示中和/或构件几何形状中的区域作为参考区域的步骤(104)中，识别如下区域，该区域布置在所述构件几何形状的如下体积中，在该体积中未曾识别出所述参考区域或识别出的参考区域的数量小于预定极限值。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，在借助所述参考区域确定评估所确定的测量数据所需的至少一个几何参数的步骤(106)中，考虑所述参考区域的安全参数。

15.一种具有能在计算机上执行的指令的计算机程序产品，所述指令当在所述计算机上执行时使得所述计算机执行根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)。

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