JP7024007B2 - Ｘ線放射検出装置、および製品を、特に食料品をｘ線検査する装置 - Google Patents

Ｘ線放射検出装置、および製品を、特に食料品をｘ線検査する装置 Download PDF

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Description

本発明は、製品を、特に食料品をＸ線検査する装置のためのＸ線放射検出装置に関し、ならびに、このような種類のＸ線放射検出装置を有するＸ線検査をする装置に関する。
動いている製品のＸ線検査をするために、通常、調べられるべき製品の運動方向に対して横向きに設けられるライン検出器が使用される。製品を動かす代わりに、Ｘ線検査をする装置全体を、または少なくとも該当するＸ線放射検出装置を、調べられるべき製品に対して相対的に動かすこともできる。調べられるべき製品が、１つまたは複数のＸ線放射源により生成されるＸ線放射を検出するライン検出器によってスキャンされ、ラインごとに生成される画像データが、調べられるべき製品の画像へと変換される。画像を生成するために、画像データを適切な方式で処理することができる。こうして生成された画像を、画像処理によって検査することができる。特に、調べられるべき製品の画像を、１つまたは複数の所定の指標が成立ないし充足されているか否かに関して検査することができる。たとえば肉片などの食料品を、その中に骨破片、処理機械の金属屑、ガラス破片、石などの望ましくない異物があるかどうかに関して調べることができる。
そのために、該当するＸ線放射源によって生成されるＸ線放射のＸ線ビームの幅全体を事実上検出する、スペクトル積分型のライン検出器（非スペクトル検出器）を使用することが知られている。このような種類のライン検出器は、たとえば０．２ｍｍ前後の比較的高い位置解像度を、たとえば２００から８００ｍｍ以上の検出幅全体にわたって有している。このときライン検出器は、それぞれわずか数ピクセル（たとえばモジュール縁部ごとに１から２ピクセル）のごくわずかな隙間をもって、所望のスキャン幅が達成されるまで結合することができるモジュールの形態で構成されていてよい。したがって、このような種類の非スペクトル検出器によって、非常に小さな異物ないし汚染でも検出可能である。さらにこのような検出器型式は冷却を必要とせず、低コストに製造可能である。
しかし、このような種類の非スペクトル検出器はスペクトル積分の結果としてグレー値を生成するにすぎない。このときグレー値は、調べられるべき製品によって通過されたときのＸ線放射の減衰に依存する。このときさらに減衰は、製品の厚みと材料特性とに依存する。
このようなセンサ型式は、特に、たとえば金属破片などのきわめて小さく強い吸収性のある異物を検出するのに適している。
ライン検出器により生成される画像のコントラストの改善は、デュアルエネルギー法によって実現することができる。その際には２つのライン検出器が使用されて、これらのスキャン画像が重ね合わされる。このとき各ライン検出器は、製品によって通過されたＸ線放射のそれぞれ異なるスペクトル領域を検出する。このことは、非スペクトル検出器のうちの１つの手前で光路に配置される少なくとも１つのＸ線放射フィルタの利用によって実現される。ただし、このようなフィルタはハイパスフィルタとしてしか作用せず、しかも、所望のフィルタエッジに関して十分にフレキシブルに製造することができない。これに加えて、このようなフィルタは検出されるべきＸ線放射も所望のスペクトル領域で減衰させる。それぞれ異なるスペクトル領域が別々に検出されることで、それぞれのライン検出器の画像信号にはそれぞれ異なる情報が含まれる。重みづけされた重ね合わせ（たとえば重みづけされた画像データの正負記号の正しい加算）により、特定の異物材料の認識可能性に関してシングルエネルギー画像よりも改善されたコントラストを有する全体画像を生成することができる。しかし固定的なＸ線放射フィルタによっては、１つまたは複数の特定の材料についてしかコントラストを改善することができない。したがってデュアルエネルギー法は、適用事例に依存してＸ線放射フィルタが適切な仕方で選択されなければならないので、その適用に関してさほどフレキシブルではない。
そのうえ多くの場合、両方のライン検出器により検出されるＸ線放射のスペクトル領域が重ね合わされ、それにより、両方の画像信号の各々に同一の情報の部分が含まれる。それに伴い、最善のコントラスト改善を実現可能ではない。
しかしデュアルエネルギー法は、両方の画像信号が適切に組み合わされれば、２つの材料だけからなる製品の製品領域のフェードアウトを可能にする。たとえば製品の、すなわち第２の材料の内部で、異物の、すなわち第１の材料の領域におけるコントラストを最適化することができる。ただしこのことは、（Ｘ線放射について異なる減衰特性を有する）別の材料からなる異物が中に含まれる、単一の材料（またはＸ線放射についての減衰特性が非常に類似する材料との組み合わせ）からなる実質的に均一な製品にしか当てはまらない。
さらに近年では、同じくモジュール形式に連結することができる、スペクトル分解型のライン検出器が開発されている。しかし、２００から８００ｍｍの十分に広いスキャン幅を可能にするこのような種類のスペクトルライン検出器は、現在、比較的粗い位置解像度でしか、すなわち、たとえば０．８ｍｍの比較的大きいピクセルピッチでしか利用可能でない。このような種類のスペクトルライン検出器は、検出されるべきＸ線放射のスペクトル幅全体を、たとえば２０ｋｅＶから１６０ｋｅＶの範囲内で検出することができる。このような検出器はスペクトル分解のために多数の、たとえば最大で２５６個のエネルギーチャネルを提供する。したがって、このような種類のスペクトルライン検出器は、エネルギーチャネルの数に対応する数の部分画像を生成することを可能にする。部分画像にそれぞれ含まれる情報を、多様な方式で利用および処理することができる。特に、このような情報は材料ないし材料組み合わせの認識、ならびに層厚の検出を可能にする。
比較的粗い位置解像度という欠点のほか、このような種類のスペクトルライン検出器は高価であり、スペクトル分解型ではない簡素なライン検出器よりも大きい設計サイズを有している。そのうえスペクトルライン検出器を作動させるには、非スペクトル検出器の作動よりも明らかに多くのエネルギーが必要となり、高いエネルギー消費量が高いコストのかかる冷却を必要にする。
スペクトルライン検出器のさらに別の重要な欠点は、３０分の範囲内であり得る長い起動時間にある。こうした長い起動時間は、スペクトルライン検出器がある程度の時間後に初めて十分な電荷分離を保証することによって生じる。
以上の従来技術を前提としたうえで、本発明の課題は、低コストに製造可能であり、調べられるべき製品の中の異物の改善された認識を可能にする、製品を、特に食料品をＸ線検査する装置のためのＸ線放射検出装置を提供することにある。さらに本発明の課題は、このようなＸ線放射検出装置を有する、Ｘ線検査をする装置を提供することにある。
本発明はこれらの課題を請求項１ないし１４の構成要件によって解決する。さらに別の実施形態は従属請求項から明らかとなる。
本発明が前提とする認識は、高い位置解像度を有する非スペクトル分解型の少なくとも１つのライン検出器と、これよりも低い、またはこれと同じ位置解像度を有するスペクトル分解型のライン検出器とを、高い認識精度をいっそう高い位置解像度のもとで実現するために、好ましく組み合わせることができるということにある。
本発明によるＸ線放射検出装置は、比較的離散した位置解像度（すなわち長さ単位あたり比較的多い数のピクセル）を有する少なくとも１つの第１のライン検出器を有し、該第１のライン検出器は、調べられるべき製品とＸ線放射検出装置との間の相対運動の運動方向に対して横向きに１つまたは複数の平行な第１の検出ラインに沿って広帯域のＸ線放射を検出するために構成され、調べられるべき製品によって通過されたＸ線放射を第１の所定の検出幅にわたって非スペクトル分解式に検出して第１の画像データを生成し、第１の画像データは各々の離散した位置についてのグレー値を含む。
ここで付言しておくと、本明細書における「Ｘ線」という概念はあらゆる種類の高エネルギーの電磁放射を含んでおり、特に、１００ｅＶを上回る、特に１ｋｅＶを上回る範囲のＸ線放射、ならびにテラヘルツ放射、すなわち約０．３ＴＨｚから３０ＴＨｚの範囲の放射を含んでいる。
比較的高い位置解像度すなわち小さいピクセルピッチを有する、スペクトル分解式ではないこのような種類の単一のライン検出器に代えて、それ自体周知の仕方でデュアルエネルギー画像を生成するために構成された２つまたはそれ以上のこのような種類のライン検出器が使用されていてもよく、これらのライン検出器のうち少なくとも１つは検出されるべきＸ線放射をフィルタリングするためのフィルタを有する。フィルタに代えて、このような種類のＸ線放射検出装置を有するＸ線検査をする相応の装置で、第１のＸ線放射源に対して別のスペクトル特性を有する、特に別のエネルギー値のもとでスペクトルの最大値を有する、別のＸ線放射源を使用することもできる。
さらに、本発明によるＸ線放射検出装置は、第１の位置解像度よりも低いかこれに等しい第２の離散した位置解像度の少なくとも１つの第２のライン検出器を有し、該第２のライン検出器は第１の検出ラインに対して平行に延びる１つまたは複数の平行な第２の検出ラインに沿ってＸ線放射を所定の検出幅にわたって離散スペクトル分解型に検出して第２の画像データを生成し、Ｘ線放射量子がスペクトル分解のためにそのエネルギーに依存して多数のエネルギーチャネルに割り当てられ、第２の画像データは各々の離散した位置について各々のエネルギーチャネルについてのスペクトル値を含む。
ライン検出器の各々が複数のラインを有することもできる。そのようにして、スキャンされるべき製品の複数の画像ラインを同時に撮影して読み出すことができる。複数のラインは、信号対雑音比を改善するために、時間積分法（ＴＤＩ法）の具体化のために利用することもできる。
評価・制御ユニットにすべてのライン検出器の画像信号が供給され、評価・制御ユニットは、特に、調べられるべき製品の少なくとも１つの所定の指標が第１および第２の画像データに含まれる情報の組み合わせによって第１の離散した位置解像度で検出されるように、第１および第２の画像データを評価するために構成される。評価・制御ユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして構成されていてよく、特に、十分に高速の画像処理プロセッサを有する画像処理ユニットを含むことができる。画像処理ユニットは、ライン検出器の画像データから１つまたは複数の画像を生成し、少なくとも１つの所定の指標に関して画像を分析する。このとき評価・制御ユニットないし画像処理ユニットは、分析されるべき全体画像を生成するために、および／または生成された全体画像を分析するために、第２の、すなわちスペクトル分解型のライン検出器が供給する情報を利用する。このようにして、スペクトル分解型のライン検出器の利点を、非スペクトル分解型の少なくとも１つの第１のライン検出器により供給される画像データの情報も少なくとも含まれる全体画像の生成のために、および／または全体画像の分析のために利用することができる。
この利点は、特に、非スペクトル分解型の少なくとも１つのライン検出器の第２の離散した位置解像度が、スペクトル分解型の少なくとも１つのライン検出器の第１の離散した位置解像度よりも明らかに低い場合にも利用することができる。
事前に生成された全体画像を評価・制御ユニットが調べる観点となる少なくとも１つの所定の指標は、製品内部の異物の位置、異物の材料、製品の厚み、製品の材料、製品の材料相の厚み、または複数の製品の重なり合い領域の位置であってよい。
本発明の好ましい実施形態では、各ライン検出器が共通のハウジングの中に設けられる。ハウジングに代えて、当然ながら、ライン検出器が閉鎖されていない任意の支持体に固定的な相互位置で配置されていてもよい。（ハウジングを有する、または有さない、支持体を有する、または有さない）各ライン検出器が、共通の放射線防護ハウジングの中に設けられていてもよい。それにより、動いている製品のＸ線検査をする装置を簡易な方式で、かつ低コストに具体化することができ、このことは特に放射線防護について要請される。
本発明の実施形態では、評価・制御ユニットは少なくとも１つの第１および第２のライン検出器を制御して、第１および第２の検出ラインでの画像データの同期した検出が、調べられるべき製品とＸ線放射検出装置との間の相対運動の速度に依存して行われて、調べられるべき製品を通る実質的に同一の光路に対応するライン画像データを第１および第２の検出ラインでそれぞれ得るようになっている。個々のライン検出器の画像データのこのような同期化された検出では、全体画像を少ないコストで生成することができるが、それは、その際に別の場合であればたとえば（たとえばただ１つのライン検出器の）画像データの補間などの適合化が検出ラインの方向に必要だからである。それに対して、各ライン検出器の各ラインの画像データを直接的に組み合わせることができ、たとえば重みづけして加算することができる。そのために運動速度が十分に正確に既知でなければならず、運動方向でのライン検出器の間隔も同様である。
別の実施形態では、評価・制御ユニットは少なくとも１つの第１および第２のライン検出器を制御して、第１および第２の検出ラインで非同期のデータ検出が行われるようにし、第１および第２の検出ラインでは、相対速度の方向でのそれぞれのライン検出器のピクセルの寸法を相対運動の速度で除算したものに好ましくは等しい、もしくはこれよりも高いライン走査速度でライン画像データがそのつど検出される。それに伴い、調べられるべき製品を（運動方向で見て）隙間なく走査することができる。このとき複数のライン検出器の画像データからの全体画像の生成にあたり、必要に応じて、同じく運動方向で見て画像データの適合化をたとえば補間によって行わなければならない。
ここで付言しておくと、評価・制御ユニットないし画像処理ユニットは、２つまたはそれ以上のライン検出器の画像データからの全体画像の生成にあたって必要なあらゆる演算を適用することができ、それにより、各ライン検出器の間の間隔、それらの相違するピクセルピッチ、各ライン検出器の間の角度誤差、Ｘ線放射源から各ライン検出器までのそれぞれ異なる間隔などを補正する。このとき必要な演算として、特に、（線形または非線形の）補間、幾何学的な変換（非平行の検出ラインの場合に角度誤差を修正するため）、および画像データの重みづけ（たとえば検出器感度が相違する場合）などが考慮の対象となる。
少なくとも１つの第１の非スペクトルライン検出器の画像データと第２のスペクトルライン検出器の画像データとが非同期して検出されるとき、評価・制御ユニットは、画像データが単一のデータストリームとして画像処理ユニットに送られるように構成されていてよい。このことが特に好適なのは、評価・制御ユニットが分散型に構成されていて、画像処理ユニットが、個々のライン検出器の画像データが個々のデータストリームとして供給されるデータ検出ユニットから遠く離れている場合である。そのためにデータ検出ユニットは、検出時間を絶対的な形式で、または基準時点に対して相対的に含む時間情報を画像データに付与することができる。たとえば共通の画像データストリームの中で、各々の画像ラインに時間情報が割り当てられていてよい。それぞれ異なるライン検出器の画像ラインの画像データも、同じくデータストリームの中で適切な仕方により特定のライン検出器に由来するものとして特徴づけられていてよい。このようなデータ伝送は、当然ながら、同期した走査の場合にも適用することができる。
すでに上で短く説明したように、評価・制御ユニットは少なくとも１つの第１のライン検出器の画像データと第２のライン検出器の画像データから、特に少なくとも１つの第２のライン検出器の画像データおよび／または少なくとも１つの第１のライン検出器の画像データの補間および／または幾何学的な変換によって、全体画像を作成する。それに伴い、全体画像は両方の異なるライン検出器型式の情報を含んでいる。
本発明の別の実施形態では、少なくとも１つの第１のライン検出器と第２のライン検出器は該当する検出ラインの方向に複数の同種類の、突合せ個所のところで互いに接して並ぶモジュールを含み、少なくとも１つの第１のライン検出器の突合せ個所と第２のライン検出器の突合せ個所は互いにオフセットされる。それに伴い、一方のライン検出器のブラインド個所をそれぞれ他方のライン検出器の画像データによって少なくとも部分的に補うことができる。ただし、第２のライン検出器は多くのケースで第１のライン検出器の比較的高い位置解像度を供給することができず、第１のライン検出器は第２のライン検出器のスペクトル分解を供給することができない。しかし特に、自由に選択可能なスペクトルを有する部分画像データを生成するために第２のライン検出器の画像データが利用され、この部分データが第１のライン検出器の画像データと組み合わされてデュアルエネルギー全体画像となるか、または、重なり合い領域または製品厚みに関わる情報を取得するために第２のライン検出器の画像データが利用されて、これが全体画像の評価のための可変の閾値を判定するために援用される、あとで説明する実施形態については、このような欠点は容認することができる。
この実施形態は、各モジュールが１つの直線に配置され、第２のスペクトル分解型のライン検出器の冷却体の結果として大型設計になるモジュールを、第１の非スペクトル分解型の少なくとも１つのライン検出器の小型設計のモジュールの近傍に配置することができるので、少ない設計スペースを可能にする。このような種類のブラインド個所を回避しようとすれば、モジュールのずれ重なった配置しか考慮の対象にならないが、それは明らかに拡大した設計形態を帰結することになる。
本発明の別の変形例では、評価・制御ユニットは各々の離散した個所について、第２のライン検出器の画像データのエネルギーチャネルのスペクトル値を重みづけし、特にそれぞれ係数と乗算し、重みづけされたスペクトル値が合計スペクトル値をなすように加算される。このようにして評価・制御ユニットは、少なくとも１つの第１のライン検出器の第１の画像データから、およびこのように処理された第２のライン検出器の第２の画像データから、デュアルエネルギー画像データまたは多重エネルギー画像データを生成することができる。このとき評価・制御ユニットないし画像処理ユニットは、こうして処理された第２の画像データのスペクトルを任意の重みづけによって自由に選択することができ（このとき係数ゼロでの重みづけは相応のスペクトル領域の鋭利な区切りに相当する）、そのようにして、調べられるべき製品のごく特定の指標の認識のために適合化されたデュアルエネルギー画像を生成することができる。たとえば、処理される第２の画像データのスペクトルを、特定の材料からなる異物を認識するために適合化することができる。たとえば、処理される第２の画像データのスペクトルを、特定の材料からなる異物を認識するために適合化することができる。
重みづけは、たとえば特定のスペクトル領域が、たとえば２０から４０ｋｅＶのエネルギーチャネルが係数１で重みづけされ、その他すべてのエネルギーチャネルがゼロでの重みづけによってフェードアウトされるように行うことができる。下側のエネルギー領域でこのように鋭利に区切られるスペクトルは、Ｘ線放射のためのフィルタによっては生成することができず、それは、このようなフィルタが一方ではハイパスフィルタとしてしか利用可能でなく、そのうえ低いエッジ急峻度を有するからである。
それに伴って本発明はこのようにして、多くの場合に比較的高い位置解像をするライン検出器がＸ線放射のスペクトルを全体的に検出し、多くの場合にこれよりも低い位置解像をするライン検出器が任意かつフレキシブルに選択可能なスペクトルを供給するデュアルエネルギー法を可能にする。さらにこのスペクトルは、Ｘ線放射のスペクトル分解式の検出の後に任意に選択することができる。
このような原理は、スペクトル分解型のライン検出器が自ら前処理を実行することによっても具体化することができる。たとえば、スペクトルライン検出器が選択可能なエネルギーチャネルだけを画像データ信号の形態で読み出すことができ、このことは、読み出されなかったエネルギーチャネルの係数ゼロによる重みづけに相当する。そして読み出されたエネルギーチャネルの重みづけ、および合計スペクトル値の決定は、やはり評価・制御ユニットが事前設定された重みづけプロフィルに従って行うことができる。
スペクトル分解型のライン検出器は、特定のエネルギーチャネルが（個別に）読み出されるだけでなく、ライン検出器が同時に個々のチャネルのスペクトル値を加算して合計スペクトル値にするように構成されていてもよい。そしてこの合計スペクトル値を、評価・制御ユニットによって（ただ１つの係数で）重みづけすることができる。そのためにスペクトル解像型のライン検出器は、エネルギーチャネルのスペクトル幅を調整可能であるように構成されていてもよい。このようにして、調整可能なスペクトル領域について、たとえば２０ｋｅＶから４０ｋｅＶのスペクトル領域について、スペクトル値を供給するようにスペクトル分解型のセンサを制御することが（手動入力によって、または評価・制御ユニットの側での入力によって）可能である。そしてこのスペクトル値を、評価・制御ユニットにより直接的に重みづけして、デュアルエネルギー画像の生成のために利用することができる。
ここで付言しておくと、評価・制御ユニットは、各々のエネルギーチャネルについて重みづけ係数を有する重みづけプロフィルの利用によって、スペクトル分解型のセンサにより供給されるスペクトルの任意に選択可能な重みづけを（ピクセルごとに）行うことができる。このとき、それぞれの重みづけ係数がゼロに等しいときには、重みづけが同時にエネルギーチャネルの選択を惹起することができ、および、該当するエネルギーチャネルのスペクトルの実際の重みづけを、それぞれの重みづけ係数によって惹起することができる。デュアルエネルギー画像のための部分画像データを生成するのに利用される、隣り合うそれぞれのエネルギーチャネルについての重みづけ係数が一定であれば、当該エネルギーチャネルのスペクトル値をまず最初に合計スペクトル値をなすように加算してから、この合計スペクトル値を（一定の）重みづけ係数とともにデュアルエネルギー画像の生成のために利用することもできる。
本発明の実施形態では、調べられるべき製品の１つまたは複数の特定の所定の指標を検出するのにエネルギーチャネルのどのような重みづけが好ましく適しているかの情報が評価・制御ユニットに保存されていてよく、または評価・制御ユニットがこの情報へのアクセス権を有する。特に、このような情報は重みづけプロフィルの形態で存在することができ、重みづけプロフィルが各々のエネルギーチャネルに（原則として自由に選択可能な）重みづけ係数を割り当てることができる。各々の重みづけプロフィルに特定の指標を割り当てることができ、当該プロフィルによって生成されるデュアルエネルギー全体画像の利用のもとで、好ましい仕方で、特に良好なコントラストで、この指標を検出可能である。たとえば特定の重みづけプロフィルによって、たとえばポリエチレンなどの特定のプラスチックからなる異物を良好なコントラストで検出することができ、それに対して別の重みづけプロフィルは、該当する全体画像で骨破片を検出するのに特別に適している。
評価・制御ユニットは、少なくとも１つの第１のライン検出器の画像データと第２のライン検出器の画像データを、調べられるべき特定の製品について複数回、特にさまざまに異なる所定の指標の検出のために評価することができ、各々の評価についてそれぞれデュアルエネルギー画像データまたは多重エネルギー画像データが、ないしはそれぞれ相応の全体画像が、第２のライン検出器の画像データのエネルギーチャネルのスペクトル値について別の重みづけないし別の重みづけプロフィルを用いたうえで生成される。それに伴い、製品の１回のスキャンによってさまざまな種類の評価を行うことができる。たとえば、第１の重みづけプロフィルを用いて生成された全体画像を金属からなる異物の存在に関して調べることができ、第２の重みづけプロフィルを用いて生成された全体画像を、プラスチックからなる異物の存在に関して調べることができる。
さらに別の実施形態では、評価・制御ユニットは第２のライン検出器の画像データを、それぞれ異なる層厚を有する製品領域および／または重なり合った製品の領域の認識のために評価し、そのような種類の領域を少なくとも１つの第１のライン検出器の画像データの中で、または組み合わされた画像データの中で識別することができる。こうして識別された領域の検査のために、評価・制御ユニットは、該当する全体画像の中のこのような領域のうちの１つまたは複数のグレー値に依存して設定される閾値を利用することができる。たとえば、全体画像の中でこのような局所的な領域の平均グレー値を判定して、評価・制御ユニットが異物を認識する閾値をこのグレー値に依存して所定の規則に従って決定することができる。このようなダイナミックな閾値は、製品の厚みに関わりなく、または重なり合った製品領域に関わりなく、調べられるべき製品の異物またはその他の指標が妥当に認識されるという利点を提供する。
第２のスペクトル分解型のライン検出器の画像データを適切に評価することで、既知の材料の厚みを断定することができる。さらに、このデータを適切に評価することで、それがどのような材料であるのか、ないしはどのような材料組み合わせであるのかを断定することさえできる。というのも各々の材料は、たとえば２０から１６０ｋｅＶの十分なスペクトル幅を有するＸ線スペクトルで透過照射されたとき、エネルギースペクトルの特徴的な推移を生成するからである。たとえば、製品なしに検出されたエネルギースペクトルと、製品とともに検出されたエネルギースペクトルとをピクセルごとに比較することで、該当する（当初は未知の）材料について特徴的なＸ線放射の減衰の推移を、エネルギーの関数として決定することができる。このような特徴的な推移を、それぞれの材料についての既知の特徴的な推移と比較することで、材料を決定することができる。そのために評価・制御ユニットは、検出された各々のエネルギースペクトルを、たとえば相関分析によって、保存されている特徴的な製品の推移と比較することができる。
検出されたエネルギースペクトルの推移は材料を推定させるのに対して、（１つのエネルギーチャネルで、または複数もしくは全部の積分されたエネルギーチャネルで）検出された放射の減衰からは、そのつどの材料がわかっていれば、製品の厚みおよび場所に依存する厚みの差を決定することができる。このようにして、２つまたはそれ以上の製品の重なり合い領域も決定することができる。そのために評価・制御ユニットは、該当する材料の減衰と厚みの間の関係を含む情報にアクセスすることができる。これはエネルギー依存的な吸収係数μ（Ｅ）の値であってよく、ＥによってＸ線放射のエネルギーが表される。それに伴い、ランバート・ベールの法則を適用して既知の材料の厚みを判定することができる。
本発明の別の実施形態では、評価・制御ユニットは、選択されたライン検出器の状態を監視するために、監視されるべきライン検出器の画像データと、基準ライン検出器として選択されたライン検出器の画像データとを、好ましくはそれぞれ製品の存在なしで判定し、評価・制御ユニットは第２のライン検出器の画像データを判定するために１つの、複数の、または全部のエネルギーチャネルのスペクトル値を合算し、評価・制御ユニットは監視されるべきライン検出器の画像データを基準ライン検出器の画像データと比較して、基準ライン検出器の画像データに対する監視されるべきライン検出器の画像データの許容されない差異が確認されると「非準備完了信号」を生成する。
このとき、スペクトル値が合計スペクトル値をなすように加算されるエネルギーチャネルの選択は、両方のライン検出器についてスペクトル感度の同一の推移が生じるように行うことができる。たとえば、監視されるべき非スペクトル分解型のライン検出器が２０ｋｅＶから８０ｋｅＶの範囲の感度を有していて、スペクトル分解型のライン検出器（すなわち基準ライン検出器）が２０ｋｅＶから１６０ｋｅＶの感度を有することがわかっているとき、スペクトル分解型のライン検出器のエネルギーチャネルのうち、非スペクトル分解型のライン検出器の感度範囲をカバーするものだけを、すなわち２０ｋｅＶから８０ｋｅＶの範囲のエネルギーチャネルだけを、該当する合計スペクトル値の判定に利用する。このような方式は、当然ながら、スペクトル分解型のライン検出器が基準ライン検出器としての役目を果たすか、それとも監視されるべきライン検出器であるかには左右されない。評価・制御ユニットによる該当するエネルギーチャネルのスペクトル値の加算に代えて、スペクトル分解型のセンサそのものがこの機能性を提供することができる。特にこのセンサは、選択されたエネルギーチャネルだけを画像データ信号で提供し、または、すでに合計スペクトル値を画像データ信号で評価・制御ユニットに伝送する。
これに加えて、非スペクトル分解型のライン検出器の既知のスペクトル感度推移を（スペクトル分解型のライン検出器の処理されるべきエネルギーチャネルのスペクトル幅の内部で）考慮することが可能である。そのために評価・制御ユニットは、それぞれのエネルギーチャネルの処理されるべきスペクトル値を加算前に適切な仕方で重みづけする。このようにして、スペクトル分解型のライン検出器のスペクトル感度を、非スペクトル分解型のライン検出器のスペクトル感度に近似させることができる。
このような監視方法を適用したうえで、特に、第２のスペクトル分解型のライン検出器の準備完了をチェックすることができ、それがいつスイッチオンされたかを確認することができる。というのも、上で説明したとおり、スペクトル分解型のライン検出器が十分な電荷分離に達するまでに、たとえば３０分の比較的長い時間がかかることがあり得るからである。そのために、非スペクトル分解型のセンサのグレー値を、スペクトル分解型のセンサのグレー値とピクセルごとに比較することができ、このときスペクトル分解型のセンサのグレー値は（各々のピクセルについて）全部のエネルギーチャネルのスペクトル値の合算によって求められる。完全な（正しい）機能性があるときの両方のセンサの互いに対応するピクセル・グレー値の関係を評価・制御ユニットが知っていれば、非スペクトル分解型のライン検出器の比較ピクセルのグレー値が、スペクトル分解型のライン検出器の対応する比較ピクセルのグレー値に対して許容値から外れる値を有しているときに「非準備完了信号」を生成することができる。
ただ１組の互いに対応する比較ピクセルについて許容されない差異が確認されたとき、すでに「非準備完了信号」を生成することができる。指摘しておくと、監視されるべきライン検出器の画像データが基準ライン検出器の画像データに対して所定の値を超えて相違しているあらゆるケースで、「非準備完了信号」を生成することができる。
評価・制御ユニットはこのようなピクセルごとの基準画像データの比較を、互いに対応する比較ピクセルを用いて実行することができる。このとき比較ピクセルは、ライン検出器の１つまたは複数の、全面的または部分的に考慮されるべきピクセルからなることができる。比較ピクセルは、互いに対応する２つの比較ピクセルがそれぞれの検出ライン上で同一の区間をカバーするように選択され、すなわち、各組の互いに対応する比較ピクセルの幅は同一であり、１つの比較ピクセルによって該当する検出ライン上でカバーされる区間は、それぞれこれに対応する比較ピクセルが該当する別の検出ライン上でカバーする区間の平行スライドによって生じる。比較ピクセルのグレー値を決定するために、全面的または部分的に比較ピクセルの幅の内部に位置するすべてのピクセルの値が合算され、それぞれの比較ピクセルの幅の内部に幅全体をもって位置するのではないピクセルのグレー値は、該当するピクセルがその幅をもって比較ピクセルの幅の内部に位置している比率で重みづけされる。
たとえば位置解像度の低い第２のライン検出器の比較的広いピクセルがそれぞれ比較ピクセルとして利用され、位置解像度の高い第１のライン検出器の比較的狭い１つのピクセルのそれぞれが全面的に、および位置解像度の高い第１のライン検出器の２つのピクセルがそれぞれ半分の幅をもって、第２のライン検出器の比較ピクセルの幅の内部に位置しているとき、第１のライン検出器の１つのピクセル全体と２つの半分のピクセルとで成り立つ第１のライン検出器の対応する比較ピクセルのグレー値は、完全なピクセルのグレー値と、０．５の係数で重みづけされたそれぞれ半分のピクセルのグレー値とを加算することで決定される。
このようにして、基準ライン検出器として規定されるライン検出器の画像データ信号と、監視されるべきライン検出器の画像データ信号との簡易な比較を行うことができる。
製品を、特に食料品をＸ線検査する本発明の方法は、Ｘ線放射を所定のスペクトル幅で生成するための少なくとも１つのＸ線放射源を有する放射生成装置を有し、運動方向に所定の運動速度で動いている調べられるべき製品を生成されたＸ線放射で透過照射するために構成される。さらにこの装置は、上で説明した本発明に基づくＸ線放射検出装置を有する。
１つの実施形態では、少なくとも１つの第１のライン検出器と第２のライン検出器は、第２のライン検出器の１つまたは複数の第２の検出ラインが少なくとも１つの第１のライン検出器の影に位置せず、第１のライン検出器の１つまたは複数の第１の検出ラインが第２のライン検出器の影に位置せず、１つまたは複数の第１および第２の検出ラインが調べられるべき製品の運動方向で可能な限り小さい間隔を有するように配置される。それにより、運動方向で見て可能な限り小さい間隔を有する少なくとも２つのライン検出器による製品領域の走査がもたらされる。したがって、評価・制御ユニットに既知でない運動速度の変動が全体画像の生成にわずかな影響しか及ぼさず、それは、同一の製品領域が非常にわずかでしかない時間的間隔で透過照射されて走査されるからである。さらに、光路が近似的に同一の経路上で製品を通って延び、検出装置の小さい寸法がもたらされる。
このとき少なくとも１つの第１のライン検出器と第２のライン検出器は放射方向で見て重なり合うように配置されていてよく、１つまたは複数の第１および第２の検出ラインは少なくとも１つのＸ線放射源からそれぞれ異なる間隔を有し、この間隔は好ましくは、少なくとも１つの第１および第２のライン検出器の設計サイズに依存して、可能な限り小さく選択される。それに伴って非常に小さい設計高さが実現される。
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。図面には次のものが示されている。
非スペクトル分解型の２つのライン検出器と１つのスペクトル分解型のライン検出器とを備える第１の実施形態のＸ線放射検出装置を有する、製品を検査する装置の第１の実施形態を示す模式図である。 非スペクトル分解型およびスペクトル分解型のライン検出器からなる組み合わせを含む、Ｘ線放射検出装置の別の実施形態を示す側面図（図２ａ）である。 非スペクトル分解型およびスペクトル分解型のライン検出器からなる組み合わせを含む、Ｘ線放射検出装置の別の実施形態を示す平面図（図２ｂ）である。 図２ａ、図２ｂの実施形態に類似するＸ線放射検出装置の別の実施形態の両方のラインの模式的な平面図を示す部分図である。 図３の実施形態の変形例を示す模式的な部分図である。 スペクトル分解型のライン検出器のピクセルによって生成された、一例としてのエネルギースペクトルである。 図５に示すエネルギースペクトルのエネルギーチャネルを重みづけするための重みづけプロフィルである。
図１は、少なくとも１つのＸ線放射源１０６を備えた放射生成装置１０４と、２つの非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２および１つのスペクトル分解型のライン検出器１１４を備えたＸ線放射検出装置１０８とを有する、製品１０２を、特に食料品をＸ線検査する装置１００の第１の実施形態の模式図を示している。
Ｘ線放射源１０６は、調べられるべき製品１０２がＸ線ビーム１１６を通って動く運動方向Ｂに対して垂直に向く中心平面を有する、扇型のＸ線ビーム１１６を生成するＸ線ビーム１１６は運動平面Ｅで、調べられるべき製品１０２がその幅全体でＸ線ビーム１１６により透過照射されるように構成された開き角を有している。製品１０２を動かすために、たとえば搬送ベルトなどの搬送装置（図示せず）が設けられていてよい。
非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２は、Ｘ線ビーム１１６のＸ線放射がそれぞれ検出ラインに沿って検出される、ピクセルのただ１つのライン１１８，１２０をそれぞれ有している。ここでの関連では、それぞれのライン１１８，１２０のピクセルが有限の広がりを有する場合にも検出ラインという用語を用いる。非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２は、Ｘ線ビーム１１６のＸ線放射を検出ラインに沿って検出するピクセルのライン１２２を同じく含むスペクトル分解型のライン検出器１１４よりも高い離散した位置解像度を有している。ライン検出器１１０，１１２の離散した位置解像度は、すなわち長さ単位ないしピクセルピッチあたりのピクセルの個数は、たとえば０．２ｍｍであってよく、それに伴い、たとえば０．８ｍｍであり得るライン検出器１１４のピクセルピッチの４倍の大きさであってよい。
非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２は、それぞれ支持体１２４の縁部に設けられた検出器ライン１１８，１２０をもって互いに向かい合っており、運動方向Ｂで見て、それぞれの検出器ライン１１８，１２０の間に間隔が残っている。この間隔は、スペクトル分解型のライン検出器１１４の検出器ライン１２２の幅にほぼ相当する。ここでは検出器ライン１２２は、冷却体やその他のコンポーネントも支持することができる支持体１２６の上でほぼ中央に設けられている。冷却体が支持体１２６を構成することもできる。検出器ライン１１８，１２０は、図１に示すとおり、Ｘ線放射源１０６に対して同一の間隔を有することができる。必要な冷却体の帰結として非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２よりも大きい設計形態を有するスペクトル分解型のライン検出器１１４は、Ｘ線ビーム１１６の方向で見て、ライン検出器１１０，１１２の下方にある。ライン検出器１１０，１１２および１１４によって検出されるＸ線放射は、製品１０２を可能な限り同一のビーム経路上で透過照射するのがよいので、検出器ライン１１８，１２０および１２２を、運動方向Ｂで見て可能な限り小さい間隔で、ないしは可能な限り小さいＸ線ビーム１１６の開き角の内部で、扇型のＸ線ビーム１１６の中心平面に対して垂直に向くのではない平面に配置するのが好ましい。
ライン検出器１１０，１１２，１１４は、図１に示すとおり、放射線防護ハウジングとして構成されていてよい共通のハウジング１２８の中に設けられていてよい。ハウジング１２８はその上面に、すなわちＸ線放射源１０６のほうを向く側に、ライン検出器１１０，１１２，１１４のピクセルライン１１８，１２０，１２２に向かう方向でハウジングへのＸ線ビーム１１６の進入を可能にする開口部１３０を有している。
ただ１つのスペクトル分解型のライン検出器１１４に代えて、２つまたはそれ以上のスペクトル分解型のライン検出器が設けられていてもよい。このことが好ましくあり得るのは、非スペクトル分解型のライン検出器が、それぞれ異なる最大スペクトル幅を検出するために構成される場合である。たとえばスペクトル分解型のライン検出器のうちの１つは、最大で２０ｋｅＶから１６０ｋｅＶのスペクトル幅を、２５６個のエネルギーチャネルのスペクトル分解能をもって有することができ、別のスペクトル分解型のライン検出器は、最大で２０ｋｅＶから８０ｋｅＶのスペクトル幅を、同じく２５６個のエネルギーチャネルの分解能のもとで有することができる。このように、別のスペクトル分解型のライン検出器は、第１のスペクトル分解型のライン検出器よりも２倍高い分解能を有する。
ライン検出器１１０，１１２，１１４は、評価・制御ユニット１３２に供給される画像データ信号をそれぞれ生成する。評価・制御ユニット１３２は、データ検出ユニット１３４と画像処理ユニット１３６を有することができる。データ検出ユニット１３４には、ライン検出器１１０，１１２，１１４の画像データ信号が供給される。画像データ信号はデータ検出ユニット３４により、単一の信号ないし画像データストリームをなすようにまとめることができ、これが画像処理ユニット１３６に供給される。画像処理ユニット１３６は、画像データの以後の処理と分析のために構成されている。データ検出ユニット１３４は、ライン検出器１１０，１１２，１１４を適当な仕方で、特に走査時点に関して制御するように構成されていてもよい。そのためにデータ検出ユニット１３４は各々のライン検出器にクロック信号を供給し、ライン検出器による画像データ検出をクロック信号と同期化して行うことができる。
同期した画像データ検出の枠内では、特に、非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２が、調べられるべき製品１０２の運動速度に依存して、時間的にずれはあるにせよ調べられるべき製品を実質的に同一の経路上で通過したＸ線放射を検出することを実現することができる。検出器ライン１１８，１２０が可能な限り小さい間隔を有するようにライン検出器１１０，１１２が配置されることで、制御・評価ユニット１３２に既知でない速度変化が、データ検出の同期性に対して不都合に作用することがない。同様のことは、スペクトル分解型のライン検出器１１４による製品１０２の同期化された走査にも当然ながら当てはまる。
画像処理ユニット１３６は、ライン検出器１１０，１１２，１１４によって検出された画像データを後述する方式で処理する。図１に示す実施形態では、非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２の画像データは、それ自体として周知のデュアルエネルギー法に従って評価することができる。そのためにライン検出器１１０は、Ｘ線放射源１０６と検出器ライン１１８との間の光路の過程に設けられたＸ線放射フィルタ１３８を装備している。それにより、非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２によって、そのつど検出されたＸ線放射スペクトル全体を積分することで、検出されたＸ線放射の強度に依存してもたらされるグレー値をそれぞれ有する画像データをそのつど検出することができる。それ自体知られているように、このような種類の実施形態では、製品１０２の中の異物の検出にあたって、製品とは異なる吸収係数を有する材料で異物ができている場合に、比較的高いコントラストを実現することができる。
しかしスペクトル分解型のライン検出器１１４の画像データは追加のスペクトル情報を供給し、これを用いて、非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２によって得ることができる比較的高い解像度の画像を改良することができ、あるいはこれを用いて、非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２の画像データから１つまたは複数のさらに高い解像度の画像を生成することができ、これらの画像から、たとえば存在するかもしれないさまざまに異なる材料からなる異物などの、調べられるべき製品の特定の特性を、いっそう良好に認識可能である。特に評価・制御ユニット１３２は、ないし画像処理ユニット１３６は、図１に示す製品のＸ線検査をする装置において、スペクトル分解型のライン検出器１１４のスペクトル画像データから、透過照射された製品の材料もしくは材料組成に関する情報を得ることができる。材料の厚み、ないし同一材料の複数の層の全体の厚みに関わる情報も、このようにして得ることができる。画像データのこのような種類の評価をどのように行うことができるかは、さらにあとで説明する。
ただし、スペクトル分解型のライン検出器を設けることは、図１に示すＸ線検査をする装置の実施形態を援用して上に説明したように、２つまたはそれ以上の非スペクトル分解型のセンサとの関連で利点を有するだけではない。むしろ、スペクトル分解型のライン検出器から供給される画像データを適切に評価することは、それが単一の非スペクトル分解型のライン検出器と組み合わされる場合や、単一の非スペクトル分解型のライン検出器の画像データが、スペクトル分解型のライン検出器の画像データから得られる情報を利用したうえで、簡易な分析という目的のために前処理される場合にも利点を提供する。
このような単一の非スペクトル分解型のライン検出器を有する実施形態は、図１に示すものに類似する構造を有することができ、両方のライン検出器１１０ないし１１２のうちの一方が省略されるにすぎない。
図２ａ、図２ｂは、非スペクトル分解型のライン検出器１１０の構造を、スペクトル分解型のライン検出器１１４とともに、このようなＸ線放射検出装置２００の枠内において模式的に示している。他のコンポーネント、特にハウジングならびに評価・制御ユニットの図示は省略している。ライン検出器１１０および１１４の配置は、図１の実施形態の場合と同じく、検出器ライン１１８および１２２が水平方向に小さな間隔を有するとともに、垂直方向でも小さい間隔を有するように行われる（図２ａの側面図を参照）。
両方のライン検出器１１０および１１４が部分的な平面図で示されている図２ｂから明らかなように、各々のライン検出器１１０，１１４は、該当する検出ライン１１８，１２２の方向でそれぞれ結合されたモジュールの形態で構成されている。スペクトル分解型のライン検出器１１４は、スペクトル分解型のライン検出器１１０のモジュール１１０k（カウンタｋは１以上の任意の自然数を表す）よりも大きい幅を有するモジュール１１４i（カウンタｉは１以上の任意の自然数を表す）で構成されている。スペクトル分解型のライン検出器１１４の各モジュールのうち、２つのモジュールすなわちモジュール１１４1および１１４2だけが図示されている。これらは、（検出ライン１２２の方向で見て）たとえば１０ｃｍの幅を有することができる。非スペクトル分解型のライン検出器１１０の各モジュールのうち、モジュール１１０1，１１０2，１１０3および１１０4が示されている。これらのモジュールは、（検出ライン１１８の方向で見て）ライン検出器１１４のモジュールの半分の幅を有している。しかしこのことは、ライン検出器１１０のモジュール１１０1，１１０2，１１０3および１１０4の２番目の突合せ個所１４０ごとに、ライン検出器１１４のモジュール１１４1および１１４2の突合せ個所１４２も存在するという不都合につながる。各々の検出器はその側方縁部に直接的に隣接して、ピクセルでカバーされない縁部領域を有しているので、それぞれのライン検出器の位置解像度が、突合せ個所のところでは与えられなくなる。典型的には、ピクセルが設けられなくなる各々のモジュールの縁部領域は、およそ１個から３個のピクセルの幅である。それに伴い、各々のライン検出器１１０，１１４において、突合せ個所ではそれぞれの画像データで２つから６つのピクセルの幅に関する情報が欠落する。
したがって、ライン検出器１１０，１１４の各モジュールを向かい合うようにオフセットして、１つのライン検出器のモジュールの突合せ個所が、それぞれ別のライン検出器のモジュールの突合せ個所のところに存在しないようにするのが好適である。
このような方策が、スペクトル分解型のライン検出器１１４の検出ライン１１８と、非スペクトル分解型のライン検出器１１４の検出ライン１２２との一部分を模式的に平面図で示す図３から再度明らかとなる。各々のライン検出器１１０，１１４のうち、それぞれ３つのモジュールが（部分的に）示されている。図示した実施形態では、非スペクトル分解型のライン検出器１１０のモジュールも同じくスペクトル分解型のライン検出器１１４との半分の幅なので、各モジュールの相互のオフセットにより、両方のライン検出器の突合せ個所がそれぞれ同時に存在する位置はどこにも生じない。図３に示すライン検出器の実施形態では、スペクトル分解型のライン検出器１１４のピクセルピッチは、非スペクトル分解型のライン検出器１１０のピクセルピッチの２倍の大きさである。したがって、両方のセンサの（正方形の）ピクセルのエッジ寸法も、同じく係数２だけ近似的に相違する。
隣接する２つのピクセルの間で検出ラインのブラインド個所が一致するのを回避するために、ライン検出器ないし該当するモジュールは、特に非スペクトル分解型のライン検出器１１４の２つの隣接する大きいほうのピクセルの間のブラインド個所の位置で、非スペクトル分解型のライン検出器１１０の隣接するピクセルの間のブラインド個所が同時に存在しないようにオフセットして配置することもできる。このような方式が、検出ライン１１８，１２２の一部分を図３の模式的な拡大図で示す図４に再度明らかに示されている。
上で説明したとおり、評価・制御ユニット１３２は、ライン検出器のうちの１つ（選択されたライン検出器）の監視を、他のライン検出器（基準ライン検出器）との比較によって行うために、ライン検出器の画像データ信号を利用することができる。このことは特に、スペクトル分解型のライン検出器１１４の準備完了を監視するのに適しており、それは、このような種類のライン検出器が、利用可能な画像データを出力するまでに比較的長い起動時間（たとえば３０分）を必要とするからである。起動時間は、特に、十分な電荷分離の成立が必要なことによって引き起こされ得る。
このような比較のために、基準ライン検出器の画像データを特にピクセルごとに、選択されたライン検出器の画像データと比較することができる。この比較は、たとえば評価・制御ユニット１３６が、互いに対応する比較ピクセルから供給される信号値の目標比率を知っており（たとえば対応する目標比率が１つまたは複数の組の比較ピクセルについて評価・制御ユニットに保存されており）、１つまたは複数の組の比較ピクセルが目標比率を満たしていないときに「非準備完了信号」を生成するように行うことができる。
「比較ピクセル」という概念がここでの関連で導入されるのは、選択されたライン検出器と基準ライン検出器が、場合により相違するピクセルサイズないし相違するピクセルピッチを有するからである（図３および４を参照）。比較ピクセルとしては、特に、これらの両方のライン検出器のうち、大きいほうの幾何学的な寸法を有しているもののピクセルを利用することができる。そして、このライン検出器の比較ピクセルの値として、それぞれのピクセル値を直接的に（他の処理なしに）利用することができる。それぞれ他のライン検出器が別のピクセルサイズを有しているとき、評価・制御ユニット１３６は、－ライン検出器の方向で見て－大きいほうのピクセルサイズを有するライン検出器の比較ピクセルの幅の内部に位置する、このライン検出器の全部の（小さいほうの）ピクセルを、この比較ピクセルについての相応の値の判定のために援用することができる。
このことについて図４を参照しながら、基準検出器としての非スペクトル分解型のライン検出器１１０を利用したうえでの、大きいほうのピクセルサイズを有するスペクトル分解型のライン検出器１１４の監視を図２ａ、図２ｂの実施形態について詳しく説明する。スペクトル分解型のライン検出器１１４についての比較ピクセルとして、たとえば幅が０．８ｍｍ実際の寸法を有するピクセルをそれぞれ利用する。この幅は、ライン検出器１１０の比較ピクセルを共同で形成する、非スペクトル分解型のライン検出器１１０の３つのピクセルの斜線を付した領域をカバーする。目標比率を形成するために、評価・制御ユニット１３６は、該当するピクセル（ないし比較ピクセル）についてライン検出器１１４が供給するピクセル値と、ライン検出器１１０の対応する比較ピクセルを形成する３つの実際のピクセルについてライン検出器１１０が供給する、割合に応じたピクセル値との比率を形成する。このとき、完全にカバーされる実際のピクセル（全体に斜線を付して図示）は、そのピクセル値を変えることなく考慮され、ライン検出器１１４の比較ピクセルで部分的にのみカバーされるライン検出器１１０の外側の両方の実際のピクセルは、該当するピクセルが（検出ラインの方向で見て）ライン検出器１１４の比較ピクセルの幅の内部に位置している割合に応じたピクセル値をもって考慮される。
このような方式が、監視されるべきライン検出器１１４の各々の比較ピクセルについて、および基準ライン検出器１１０の対応する比較ピクセルについて、ピクセルごとに実行される。
ただし、大きいほうの幾何学寸法を有する実際のピクセルを比較ピクセルとして選択する代わりに、検出ラインのあらゆる任意の別の幅を、ないしは当該幅によってカバーされる実際のピクセルを、比較ピクセルとして選択することもできる。
このような種類の監視の際に、監視されるべきライン検出器が正しい結果を供給せず、すなわち、製品のＸ線検査をする装置１００ないしＸ線放射検出装置１０８が「非準備完了信号」を生成するがことが確認されると、「非準備完了信号」の供給を受ける、装置１００を含む処理設備全体の制御のために構成された上位の制御ユニット（図示せず）が処理設備を停止させ、および／または警告信号を生成することができる。
ただし上位の制御ユニットは、「非準備完了信号」の存在にもかかわらず設備が引き続き稼働するように構成されていてもよく、このときＸ線検査をする装置１００の評価・制御ユニット１３６は、その際に正しく作動している１つまたは複数のライン検出器だけが制御される、および／または該当する画像データ信号が評価のために利用される、緊急動作モードで引き続き作動する。このような種類の緊急動作は、たとえば特定の製品ロットが処理されるまで維持することができる。
このような緊急動作モードのとき、評価・制御ユニット１３６は、たとえば少なくとも１つのＸ線放射源１０６の特別な制御など、さらに別の方策を意図することもできる。たとえば１つまたは複数の残りのライン検出器の検出器精度を向上させるために、特に信号対雑音比を改善するために、たとえばＸ線放射源１０６の出力を高めることができる。それに伴い、スペクトル分解型のライン検出器と非スペクトル分解型のライン検出器の部分的に存在する冗長性が緊急動作モードのときに利用されて、Ｘ線検査１００をする装置を、低減された能力をもってではあるが引き続き作動させる。しかしこのような能力ないし特性が、適用事例に依存して、調べられるべき製品の十分な検査を確保するために十分なのであれば、緊急動作モードは相当な利点となる。
次に、比較的位置解像度の高い非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２の画像データの処理にあたって、改善された認識精度につながるどのような情報をスペクトル分解型のライン検出器１１４が供給することができるかを説明する。
図５は一例として、スペクトル分解型のライン検出器１１４によって特定のピクセルについて供給される画像データを示している。ここでは、一例として２０ｋｅＶから８０ｋｅＶの検出されたエネルギー領域全体が特定数のエネルギーチャネルに区分されており、各々のエネルギーチャネルが特定の（通常は一定の）スペクトル幅を有しており、このスペクトル幅は、検出されたスペクトル領域全体の幅を、たとえば１２８または２５６のエネルギーチャネルの数で割ることによって得られる。ライン検出器１１４は各々のエネルギーチャネルについて、図５に「カウント」で表示されたスペクトル値を供給する。このような種類のスペクトル分解型のライン検出器は、通常、個々のフォトンをカウントし、記録されたフォトンがそのエネルギーに依存して特定のエネルギーチャネルに割り当てられるからである。図５に示す推移は、Ｘ線ビーム１１６の光路で製品の存在なしにライン検出器１１４によって生成される典型的な明画像に相当する。
スペクトル値は画像データ信号とともに、評価・制御ユニット１３６に画像データとして伝送される。評価・制御ユニット１３６はこの画像データを多様な仕方で評価し、情報を取得して、この画像データを、非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２の画像データの改善された評価のために利用するか、または、スペクトル分解型のライン検出器１１４の画像データを非スペクトル分解型のライン検出器１１０，１１２の画像データと組み合わせて全体画像にすることができ、該全体画像が、場合により非スペクトル分解型のライン検出器１１４の画像データから得られる別の情報を利用したうえで、改善された画像評価を可能にする。
ライン検出器１１４のスペクトル分解の性能を、デュアルエネルギー画像の生成のための部分画像データを得るために活用することができる。そのために評価・制御ユニット１３６は、スペクトル値の任意の重みづけをピクセルごとに行うことができる。このような重みづけは、それぞれ個々のエネルギーチャネルに、それぞれのスペクトル値と乗算される係数が割り当てられることによって惹起することができる。それにより、選択されたエネルギーチャネルに係数ゼロが割り当てられれば、スペクトルの鋭利な制限を実現することもできる。
図６は、各々のエネルギーチャネルについて別々の重みづけ係数を有する重みづけプロフィルを示している。このプロフィルは、スペクトル全体の下側領域における複数のエネルギーチャネルについて、たとえば係数１による一定の重みづけを意図している。その他すべてのエネルギーチャネルは整数ゼロで重みづけされ、こうして重みづけされたスペクトル値を、合計スペクトル値の生成のために加算することができる。そして合計スペクトル値を、デュアルエネルギー画像を生成するための部分画像データとして利用することができ、非スペクトル分解型のライン検出器が、たとえば図２ａ、図２ｂに示す実施形態のライン検出器１１０が、デュアルエネルギー画像を生成するための別の部分画像データを供給することができる。評価・制御ユニット１３６は、非スペクトル分解型のライン検出器１１０が供給するグレー値・画像データを、スペクトル分解型のライン検出器１１４の部分画像データと組み合わせて所望のデュアルエネルギー画像にし、そのために評価・制御ユニット１３６は、それぞれの部分画像データをピクセルごとに重みづけすることができる。このような重みづけは、スペクトル分解型のライン検出器１１４により供給される画像データについては、すでにエネルギーチャネルの重みづけの枠内で行うことができる。
このような方式は、非スペクトル分解型のライン検出器のケースとは異なり、デュアルエネルギー画像のための部分画像データを形成するために選択されるエネルギーチャネルを、一定の係数だけでなく可変の係数によっても重みづけできるという利点を提供する。
すでに上で説明したとおり、スペクトル分解型のライン検出器１１４は、画像データ信号の枠内で評価・制御ユニット１３６にどのエネルギーチャネルが伝送されるかの事前選択を行うように構成されていてもよい。たとえばライン検出器１１４は手動式に、または評価・制御ユニット１３６により、特定のエネルギーチャネルだけを画像データ信号として出力するように設定することができる。ライン検出器１１４は、選択されたエネルギーチャネルをすでに積分して出力するように、すなわち選択されたエネルギーチャネルのスペクトル値を積算するように構成されていてもよい。
このケースでは評価・制御ユニット１３６にとって、ライン検出器１１４の画像データの処理のための少ないコストがもたらされる。
このように、非スペクトル分解型のライン検出器１１４は、フレキシブルなスペクトルを利用したうえでのデュアルエネルギー画像の生成を可能にする。このことは、ライン検出器１１４の画像データ信号の簡易な評価によって規定することができ、またはライン検出器１１４は、すでに相応のスペクトル的に制限された画像データを、ないしはさらに合計スペクトル値を供給するように制御される（上記参照）。
このようにして単一の非スペクトル分解型ではあるが高い位置解像度を有するライン検出器１１０によって、および１つのスペクトル分解型ではあるが比較的低い位置解像度しか有さないライン検出器１１４によって、可変のデュアルエネルギー画像を生成することができる。このときスペクトル分解型のライン検出器１１４のスペクトルは、調べられるべき製品の特定の指標をデュアルエネルギー画像の中でより良く、たとえばいっそう高いコントラストで認識可能であるように変更することができる。
単一のスキャンによって得られる両方のライン検出器１１０，１１４の画像データの評価は、複数の部分評価が実行されるように行うこともできる。たとえばさまざまに異なるデュアルエネルギー画像を、スペクトル分解型のライン検出器１１４の別様に重みづけされた画像データを用いて生成することができる。たとえばライン検出器１１４の画像データのスペクトルは評価のときに、鋼材などの特定の材料からなる異物を高いコントラストで認識可能であるように選択することができる（たとえば相応の重みづけによって）。別の評価のときには、たとえばポリエチレンなどの別の材料からなる異物を高いコントラストで認識することができるデュアルエネルギー画像を生成するために、ライン検出器１１４の画像データのスペクトルを別様に選択することができる。
デュアルエネルギー画像のための部分画像データの生成に加えて、１つまたは複数のスペクトル分解型のライン検出器はさらに別の利点も提供する。特に、このようにして生成されるデュアルエネルギー画像の評価を改善することができ、または、非スペクトル分解型のライン検出器によって生成された画像データのみを用いて生成されるデュアルエネルギー画像の評価を改善することができる。これは画像評価のレベルで得られる改善であり、すなわち、すでに生成された全体画像の分析での改善である（このような種類の全体画像は常にグレースケール画像である）。
このようなライン検出器がもたらすスペクトル分解は、適当な評価方法を適用したうえで、調べられるべき製品がどのような１つまたは複数の材料でできているかの情報を得ることを可能にする。ただしこれらの情報は、スペクトル分解型のライン検出器の比較的低い位置解像度でピクセルごとに決定することしかできない。さらに、少なくとも１つのスペクトル分解型のライン検出器の画像データから、調べられるべき製品ができている１つまたは複数の材料層の厚みに関する情報を得ることが可能である。
調べられるべき製品が１つまたは複数のどのような材料でできているかの情報は、スペクトル分解型のライン検出器が供給するスペクトルデータのさまざまな評価方法によって得ることができる。たとえば、既知の材料ないし既知の材料組み合わせからなる製品を透過照射することで、その製品が引き起こす減衰のスペクトル推移を判定することが可能である。そのために、まず製品が透過照射されないときに明画像を、すなわちＸ線放射Ｉ0（Ｅk,ｘi）のスペクトル推移を検出することができる（Ｉ0は製品なしで検出される放射強度を表す；Ｅkは、エネルギーチャネルｋにおけるＸ線放射量子のエネルギーを表す；ｘiは、ライン検出器における場所を表し、特にピクセル番号ｉである）。したがって、製品が透過照射されたときの測定結果Ｉ（Ｅk,ｘi）（Ｉは製品とともに検出される放射強度を表す）は、明画像とともに、製品での吸収によって引き起こされる減衰Ｄ（Ｅk，ｘi）をそれぞれ供給し、このとき減衰はランバート・ベールの法則により次のように得られる：
Ｄ（Ｅk，ｘi）＝Ｉｎ［Ｉ（Ｅk，ｘi）／Ｉ0（Ｅk，ｘi）］＝μ（Ｅk）・ｄi 式（１）
このときｄiにより、ピクセルｘiによって検出される放射割合の光路における製品の厚みが表され、μ（Ｅk）により、光路における材料の吸収係数が表される。光路の内部で少なくとも近似的に一定の組成を有する材料組み合わせのケースでは、該当する材料組み合わせについて平均吸収係数を使用することができる。厚みｄiは（ピクセルごとに）一定の要因でしかないので、厚みに依存しない特徴的な推移である吸収挙動Ｉｎ（Ｉ／Ｉ0）が生じ、検出されたスペクトル（すなわちピクセルごとのスペクトル値）と、事前に検出される明画像のスペクトルとを利用してこれを決定することができる。このスペクトル推移は、異物のない調べられるべき製品（以下、「合格製品」と呼ぶ）について評価・制御ユニットに既知であってよく、すなわち、相応の情報が評価・制御ユニットに保存されていてよく、または、外部で利用可能な相応の情報にアクセスすることができる。
このように評価・制御ユニットは、測定されたスペクトル強度（明画像の測定と製品の測定）を、１つまたは複数の既知のスペクトル強度推移と各々のピクセルについて比較することで、製品の該当する光路に既知の材料が含まれるか否かを判断することができる。たとえば製品としてヨーグルトやチーズを調べようとする場合、評価・制御ユニットはスペクトル分解型のライン検出器の各々のピクセルについて、そのスペクトル推移が予想される製品と一致するか否かを確認することができる。測定されたスペクトル推移が、許容される誤差を超えて既知の推移から相違しているとき、すでにスペクトル分解型のセンサの画像データから、それぞれのピクセルに対応する製品の部分容積部に異物が含まれていると推定することができる。
一方、該当するピクセルに、予想される特徴的なスペクトル推移からの許容されない相違が存在することを確認できないとき、それぞれの光路に合格製品があると考えることができる。該当する材料の吸収係数μ（Ｅk）も同じく既知であり、評価・制御ユニットに保存されていてよく、または少なくともアクセス可能であってよいので、製品の該当する厚みを、ないしは製品を通る光路の長さを（それぞれのピクセルｘiに関して）計算することができる。
評価・制御ユニットはこのような情報を用いて、たとえば上に説明したデュアルエネルギー法によって生成されたグレー画像の評価を、異物の認識のために適用されるダイナミックな閾値を利用しながら行うことができる。
異物を、すなわち、調べられるべき製品の検出されるべき望ましくない各種の成分や要素を、発見するための製品のＸ線検査では、スタティックな閾値が適用されるのが普通である。たとえば異物が、これを含んでいる調べられるべき製品の材料よりも高い吸収性を有しているとき、一方では誤警告の可能な限り低い蓋然性が生成されるとともに他方では十分に確実な異物の認識を可能にする領域に、スタティックな閾値を置くことができる。たとえば、そのために製品の全体画像から、平均グレー値を判定することができ、これがスタティックな閾値の判定のために事前に既知の係数と乗算される。
分析されるべきグレー画像は、厚みに関する未知の変動を有する製品のケースでは、または、たとえば肉片などの複数の製品が互いに重なり合うことがあるケースでは、明らかに相違する明度を有する、ないしは明らかに相違するグレー値を有する、比較的広い領域を有しているので（製品を通るＸ線放射の吸収は材料厚みに依存する）、このようなスタティックな閾値の適用は問題をもたらす。しかし、スペクトル分解型のライン検出器が供給する情報の帰結として、比較的暗い領域にも「許容される」材料が存在することが既知であれば、評価・制御ユニットは、少なくとも比較的広い暗い領域が異物を表すのではなく、それは製品の厚み変動であり、ないしは重なり合う製品領域であることを前提とすることができる。したがって評価・制御ユニットは、このような領域の分析のためにそのつど独自の閾値を規定することができる。こうしたダイナミックな閾値は、分析されるべきグレー画像の領域ごとに変えることができる。それに伴い、誤警告の蓋然性を低減することができる。
このように、比較的高い位置解像度を有する少なくとも１つの非スペクトル分解型のライン検出器と、比較的低い位置解像度を有する少なくとも１つのスペクトル分解型のライン検出器との組み合わせは、それぞれの画像データからの全体画像の、特にデュアルエネルギー画像の好ましい生成を実現するために適用することができ、および／またはこのように生成されたデュアルエネルギー画像の、もしくは多重エネルギー画像の、またはそれ自体周知の仕方で非スペクトル分解型のライン検出器の画像データを利用して生成されたデュアルエネルギー画像もしくは多重エネルギー画像の、好ましい評価を可能にするために適用することができる。
１００ Ｘ線検査をする装置
１０２ 製品
１０４ 放射生成装置
１０６ Ｘ線放射源
１０８ Ｘ線放射検出装置
１１０ 非スペクトル分解型のライン検出器
１１０ａ モジュール
１１０ｂ モジュール
１１０ｃ モジュール
１１０ｄ モジュール
１１２ 非スペクトル分解型のライン検出器
１１４ スペクトル分解型のライン検出器
１１４ａ モジュール
１１４ｂ モジュール
１１４ｃ モジュール
１１６ 扇型のＸ線ビーム
１１８ ピクセルライン
１２０ ピクセルライン
１２２ ピクセルライン
１２４ 支持体
１２６ 支持体
１２８ ハウジング
１３０ 開口部
１３２ 評価・制御ユニット
１３４ データ検出ユニット
１３６ 画像処理ユニット
１３８ Ｘ線放射フィルタ
１４０ 突合せ個所（モジュール１１０ａ，１１０ｂ，１１４ｃ）
１４２ 突合せ個所（モジュール１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ）
２００ Ｘ線放射検出装置

Claims (15)

  1. 製品を、特に食料品をＸ線検査する装置のためのＸ線放射検出装置において、
    （ａ）調べられるべき製品とＸ線放射検出装置との間の相対運動の運動方向に対して横向きに１つまたは複数の平行な第１の検出ラインに沿って広帯域のＸ線放射を検出するために構成され、調べられるべき製品を通過するＸ線放射を所定の検出幅にわたって非スペクトル分解型に検出して第１の画像データを生成し、前記第１の画像データは各々の離散した位置についてのグレー値を含む、第１の離散した位置解像度を有する少なくとも１つの第１のライン検出器と、
    （ｂ）前記第１の検出ラインに対して平行に延びる１つまたは複数の平行な第２の検出ラインに沿って所定の検出幅にわたってＸ線放射を離散的にスペクトル分解型に検出して第２の画像データを生成し、Ｘ線放射量子がスペクトル分解のためにそのエネルギーに依存して所定数のエネルギーチャネルに割り当てられ、第２の画像データは各々の離散した位置について各々のエネルギーチャネルについてのスペクトル値を含む、第１の離散した位置解像度よりも低いかこれに等しい第２の離散した位置解像度を有する少なくとも１つの第２のライン検出器と、
    （ｃ）第１および第２の画像データが供給され、第１および第２の画像データを評価するために、第１および第２の画像データの組み合わせによって得られる情報によって調べられるべき製品の少なくとも１つの所定の指標が少なくとも第１の離散した位置解像度で検出されるように構成された評価・制御ユニットとを有し、
    （ｄ）少なくとも１つの前記第１のライン検出器と前記第２のライン検出器は該当する前記検出ラインの方向にそれぞれ複数の同種類の、突合せ個所のところで互いに接して並ぶモジュールを含み、少なくとも１つの前記第１のライン検出器の前記モジュール同士の前記突合せ個所と前記第２のライン検出器の前記モジュール同士の前記突合せ個所は互いにオフセットされるＸ線放射検出装置。
  2. 調べられるべき製品の所定の指標は、製品の内部における異物の位置、異物のサイズ、異物の材料、製品の厚み、製品の材料、製品の材料層の厚み、製品の重なり合い領域の位置の群に属する少なくとも１つの指標であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
  3. 前記ライン検出器は共通の支持体の上および／または共通のハウジングの中および／または共通の放射線防護ハウジングの中に設けられることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の装置。
  4. 前記評価・制御ユニットは少なくとも１つの第１および第２の前記ライン検出器を制御して、前記第１および第２の検出ラインでの画像データの同期した検出が、調べられるべき製品と前記Ｘ線放射検出装置との間の相対運動の速度に依存して行われて、調べられるべき製品を通る実質的に同一の光路に対応するライン画像データを前記第１および第２の検出ラインでそれぞれ得るようになっていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 前記評価・制御ユニットは少なくとも１つの第１および第２の前記ライン検出器を制御して、前記第１および第２の検出ラインで非同期のデータ検出が行われるようにし、好ましくは前記第１および第２の検出ラインでは、それぞれの前記ライン検出器のピクセルピッチを調べられるべき製品の運動速度で除算したものよりも高いライン走査速度でライン画像データがそのつど検出されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
  6. 前記評価・制御ユニットは少なくとも１つの第１の前記ライン検出器と少なくとも１つの前記第２のライン検出器の画像データから、特に少なくとも１つの前記第２のライン検出器の画像データおよび／または少なくとも１つの前記第１のライン検出器の画像データの補間および／または幾何学的な変換によって全体画像を作成することを特徴とする、先行請求項１から５のうちいずれか１項に記載の装置。
  7. （ａ）前記評価・制御ユニットは各々の離散した位置について少なくとも１つの前記第２のライン検出器の画像データのすべてのエネルギーチャネルのスペクトル値を重みづけし、重みづけされたスペクトル値を合計スペクトル値をなすように加算し、または、
    （ｂ）少なくとも１つの前記第２のライン検出器は各々の離散した位置について事前設定されたエネルギーチャネルのスペクトル値を有する画像データだけを出力し、前記評価・制御ユニットがこれを重みづけし、重みづけされたスペクトル値が合計スペクトルをなすように加算され、または、
    （ｃ）少なくとも１つの前記第２のライン検出器は各々の離散した位置について事前設定されたエネルギーチャネルのスペクトル値を有する画像データだけを全体スペクトル値の形成のために加算し、前記評価・制御ユニットがこの合計スペクトル値を重みづけし、
    前記評価・制御ユニットは、少なくとも１つの前記第１のライン検出器の前記第１の画像データと、前記第２のライン検出器の上記のように処理された第２の画像データとからデュアルエネルギー画像または多重エネルギー画像を生成することを特徴とする、先行請求項１から６のうちいずれか１項に記載の装置。
  8. 前記評価・制御ユニットに、調べられるべき製品の１つまたは複数の特定の所定の指標の検出のためにエネルギーチャネルのどのような重みづけが好ましく適しているかの情報が保存され、または当該情報にアクセス権を有することを特徴とする、請求項７に記載の装置。
  9. 前記評価・制御ユニットは少なくとも１つの前記第１のライン検出器の画像データと少なくとも１つの前記第２のライン検出器の画像データとを調べられるべき特定の製品について特に異なる所定の指標の検出のために複数回評価し、各々の評価についてそれぞれデュアルエネルギー画像データまたは多重エネルギー画像データが前記第２のライン検出器の画像データのエネルギーチャネルのスペクトル値の異なる重みづけを適用したうえで生成されることを特徴とする、請求項７または８に記載の装置。
  10. 前記評価・制御ユニットは少なくとも１つの前記第２のライン検出器の画像データを、それぞれ異なる層厚を有する製品領域の認識のため、および／または重なり合う製品の領域の認識のために評価し、このような種類の領域を少なくとも１つの前記第１のライン検出器の画像データの中で、または組み合わされた画像データの中で識別し、前記評価・制御ユニットはこうして識別された領域の検査のために、１つまたは複数のこのような領域のグレー値に依存して設定される閾値を適用することを特徴とする、先行請求項１から９のうちいずれか１項に記載の装置。
  11. 前記評価・制御ユニットは選択されたライン検出器の状態を監視するために、監視されるべきライン検出器の画像データと基準ラインセンサとして選択されたライン検出器の画像データとを好ましくはそれぞれ製品の存在なしに判定し、前記評価・制御ユニットは好ましくは少なくとも１つの前記第２のライン検出器の画像データを判定するために１つの、複数の、または全部のエネルギーチャネルのスペクトル値を積算し、前記評価・制御ユニットは監視されるべきライン検出器の画像データを基準ライン検出器の画像データと比較し、許容されない差異が確認されたときに「非準備完了信号」を生成することを特徴とする、先行請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の装置。
  12. 前記評価・制御ユニットは互いに対応する比較ピクセルを用いて基準画像データを監視されるべきライン検出器の画像データとピクセルごとに比較し、比較ピクセルは、互いに対応する２つの比較ピクセルがそれぞれの前記検出ラインの上で同一の幅をカバーするように選択され、それぞれの比較ピクセルの幅の内部に幅全体をもって位置するのでないピクセルのグレー値は、該当する比較ピクセルのグレー値の決定にあたり、当該ピクセルがその幅をもって比較ピクセルの幅の内部に位置している比率をもって重みづけされることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
  13. 製品を、特に食料品をＸ線検査する装置において、所定のスペクトル幅を有するＸ線放射を生成するための少なくとも１つのＸ線放射源を備えた放射生成装置を有し、所定の運動速度で運動方向に動く調べられるべき製品にＸ線放射が透過照射される、そのような装置において、前記装置は先行請求項１から１２のうちいずれか１項に記載のＸ線放射検出装置を有することを特徴とする装置。
  14. 少なくとも１つの前記第１のライン検出器と前記第２のライン検出器は、少なくとも１つの前記第２のライン検出器の１つまたは複数の前記第２の検出ラインが少なくとも１つの前記第１のライン検出器の影に位置せず、前記第１のライン検出器の１つまたは複数の前記第１の検出ラインが前記第２のライン検出器の影に位置せず、１つまたは複数の前記第１および第２の検出ラインが調べられるべき製品の運動方向で可能な限り小さい間隔を有するように配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
  15. 少なくとも１つの前記第１のライン検出器と少なくとも１つの前記第２のライン検出器は放射方向で見て重なり合うように配置され、１つまたは複数の前記第１および第２の検出ラインは、少なくとも１つの前記第１および少なくとも１つの前記第２のライン検出器の設計サイズに依存して好ましくは可能な限り小さく選択されるそれぞれ異なる間隔を少なくとも１つのＸ線放射源から有することを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
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