WO2022003141A1 - Dual-energie-detektor und aufbereitungsverfahren für detektordaten - Google Patents

Dual-energie-detektor und aufbereitungsverfahren für detektordaten Download PDF

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WO2022003141A1
WO2022003141A1 PCT/EP2021/068274 EP2021068274W WO2022003141A1 WO 2022003141 A1 WO2022003141 A1 WO 2022003141A1 EP 2021068274 W EP2021068274 W EP 2021068274W WO 2022003141 A1 WO2022003141 A1 WO 2022003141A1
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Eric J. RIEHN
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Smiths Detection Germany Gmbh
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    • G01N2223/643—Specific applications or type of materials object on conveyor

Definitions

  • the present disclosure relates generally to the spatial resolution of X-ray images in the imaging, non-destructive inspection of objects to find target objects by means of dual-energy X-ray radiography, in particular measures to increase the spatial resolution of an X-ray image generated in the process.
  • the disclosure relates in particular to a dual-energy X-ray detector with improved spatial resolution, an X-ray inspection system with such a detector and a method for processing detector data acquired with the detector.
  • the resolution of an x-ray image generated in the process is essentially dependent on the area of the individual detector elements corresponding to a respective image point (pixel) and their number per unit length or per unit area of the detector line as determined by the ratio of the readout frequency of the detector elements and the transport speed of the inspection object in the transport direction.
  • the spatial resolution of the X-ray image in the scanning direction corresponding to the transport direction could be achieved in the above-mentioned X-ray inspection systems by a reduced transport speed or an increased readout frequency.
  • the former has a disadvantageous effect on the throughput of the inspection objects checked on the X-ray inspection systems, while the latter again worsens the signal-to-noise ratio.
  • US 8433 036 B2 shows methods, systems and detector arrangements for scanning an object moving in a first direction, a first detector area with a thickness of at least 2 mm and a second detector area with a thickness of at least 5 mm being provided, the second detector area is arranged to receive radiation that has passed through the first detector area.
  • US 9 329 301 B2 shows a radiation detection device for a foreign body inspection using a subtraction method, wherein a first radiation detector detects radiation in a first energy range that passes through a sample, and a second radiation detector detects radiation in a second energy range that is higher than the radiation in the first energy range, and wherein the thickness of a first scintillator layer of the first radiation detector is less than the thickness of a second scintillator layer of the second radiation detector, and wherein a first area of each pixel in a first pixel portion of the first radiation detector is smaller than a second area of each pixel in a second pixel section of the second radiation detector.
  • US 10 386 502 B2 shows a dual energy detector and a radiation testing system.
  • the dual energy detector comprises: a detector module holder and a plurality of detector modules.
  • a detector module comprises a detector field with higher energy and a detector field with lower energy, which are arranged next to one another on the detector module holder in order to be irradiated independently of one another.
  • US 2019/0 179 038 A1 shows an X-ray image sensor with two or more energy fields, which is implemented as pixel arrays arranged next to one another on a planar and monolithic semiconductor substrate as part of an X-ray object detector.
  • Each pixel array in this monolithic side-by-side arrangement is designed to respond to a specific range of x-ray energy or a specific x-ray spectrum.
  • the number of detector elements of the detector per unit length or area should preferably not be increased and / or the scanning speed of the inspection object by the X-ray inspection system should not be reduced.
  • the above-mentioned object can be achieved with the features of claim 1 relating to a dual-energy X-ray detector. Further exemplary embodiments and developments are defined in the subsequent dependent claims.
  • the inventor has recognized that a defined effective offset between the still overlapping active surfaces of the Hi (gh) detector elements of a Hi detector line and the Lo (w) detector elements of a Lo detector line, of which a conventional dual Energy X-ray detector, a Hi and a Lo detector element are assigned to exactly one and the same pixel, can be used advantageously to improve the spatial resolution.
  • the effective offset can be directed in the direction of the detector line and / or orthogonal to the detector line; the possibilities that can be achieved are explained below.
  • the spatial resolution of the detector can thus be increased accordingly in the direction of the detector line and / or orthogonally to the detector line without increasing the total number of detector elements.
  • offset in connection with the present disclosure is intended to mean that the offset is not only an actual local offset between the working surfaces of the Hi detector elements of the Hi detector line and the Lo detector elements of the Lo detector line, but alternatively or additionally by a targeted alignment of the detector consisting of the Hi-detector line and the Lo-detector line, which do not have to be spatially offset to one another, can be effected in relation to the X-rays directed at the detector during operation. Of course, these measures can also be used in combination.
  • the core idea of the cell-shaped dual-energy X-ray detector proposed here is to design the detector structure and / or to arrange the detector rows of the detector in relation to one another and in relation to the X-ray source so that in operation with reference to the beam path from an X-ray source to the X-rays emitted from the detector, the projections of the Hi-detector elements of the Hi-detector line and of the Lo-detector elements of the Lo-detector line in the direction of a reference x-ray beam are offset from one another in an overlapping manner;
  • the “reference x-ray” can be, for example, the x-ray that runs through the centroid of the detector line or a reference detector element of the detector line;
  • a detector element in the center of the detector line can be used as the reference detector element, so that it is essentially at the same distance from all edges of the detector line.
  • centroid of the detector line or the reference detector element of the detector line can be determined in the case of the detector lines, which in practice usually have a rectangular shape, as the intersection of the straight lines bisecting the area of the detector line in the longitudinal and width directions, or can generally be calculated mathematically by integration.
  • the inventor has recognized that the detector data missing due to the effective offset of the no longer 1: 1 one of the assignable hi and lo detector elements for each individual real detector data of a type can be supplemented with virtual detector data of the other type calculated for this point . That is, based on the predetermined effective overlapping offset between the Hi detector elements of the Hi detector line and the Lo detector elements of the Lo detector line, virtual detector data can be calculated with sufficient accuracy as replacement for the locations of the missing detector elements.
  • the calculation has proven to be surprisingly easy to implement and the x-ray images derived from the real and virtual detector data have proven to be a practical improvement.
  • a cell-shaped dual-energy X-ray detector (hereinafter referred to as detector for short) for use in an X-ray inspection system (for example an X-ray inspection system according to the second aspect described below), which is used to carry out a method for dual-energy X-ray radiography of an inspection object is set up.
  • cell-shaped should initially be understood as meaning that the detector is used to acquire detector data for a large number of image points in the longitudinal direction of the detector and for a smaller number of image points, but at least for one image point, orthogonal to the longitudinal direction is set up.
  • the detector thus has two detector rows each with an equal number of Hi (gh) and Lo (w) detector elements in the longitudinal direction, each of which has a single Hi and a single Lo detector element orthogonally.
  • the detector can also have several high and low detector elements in the direction orthogonal to the longitudinal direction; the principles proposed here can then be applied accordingly.
  • the cellular detector proposed here has at least: a first detector line with first detector elements and a second detector line with second detector elements arranged parallel thereto.
  • the detector lines are configured to capture the spectrum to address the X-rays in different spectrally selective ways.
  • the detector rows are arranged parallel to one another in the row direction.
  • the detector rows are arranged one behind the other in the direction of the X-rays to be detected that the projection of the first and second detector rows in the direction of one of the X-rays to be detected as a reference X-ray are offset from one another in an overlapping manner.
  • the projection of the first and the second detector lines can take place in the direction of one of the X-rays to be detected, which runs through the center of gravity of a reference detector element of the first or the second detector line.
  • the reference X-ray beam can be the X-ray beam running through the centroid of the total area of the active surfaces of the detector elements of the foremost detector row in relation to the X-rays to be detected, or the X-ray beam running through the center of gravity of the working surfaces of a reference detector element, the foremost detector row running in relation to the X-rays to be recorded Be x-ray.
  • the first detector line can have associated first or Lo (w) detector elements for the primary detection of low-energy X-rays and the second detector line can have associated second or Hi (gh) detector elements for the primary detection of high-energy X-rays.
  • the Lo and Hi detector elements can be configured to generate respective associated Lo detector data or Hi detector data.
  • the Lo and Hi detector elements could be essentially the same, if only because a Lo detector element is usually closer to the X-ray source and therefore absorbs more low-energy quanta than an underlying Hi detector element.
  • the arrangement on top of one another results in a (albeit small) splitting of the X-ray spectra which the Lo and Hi detector elements capture.
  • a filter material for hardening i.e. filtering of the low-energy X-rays
  • filter material for hardening i.e. filtering of the low-energy X-rays
  • the first row of detectors and the second row of detectors are offset from one another in the row direction by a first (local) offset.
  • the spatial resolution of the X-ray images to be derived can be increased in the line direction (i.e. transverse to the scanning direction).
  • the first detector row and the second detector row are offset from one another by a second (local) offset orthogonally to the row direction.
  • an increase in the spatial resolution of the X-ray images to be derived can be achieved orthogonally to the line direction (ie in the scanning direction).
  • the spatial resolution of the X-ray images to be derived can be increased in the scanning direction without having to reduce the transport speed or the ratio of transport speed and scanning frequency for the inspection object.
  • the transport speed or the ratio of transport speed and scanning frequency for the inspection object and, accordingly, the throughput of the x-ray inspection system can be increased accordingly. Combinations of both effects are also possible with the appropriate configuration.
  • the first and the second embodiment can be used alternatively or in addition to one another, i.e. at the same time.
  • the first and second detector rows can also be inclined at a corresponding angle of inclination with respect to the reference X-ray beam be inclined to achieve the effective offset.
  • the desired effective offset can also be achieved in this way with a conventional detector in which the first and second detector elements can be clearly assigned 1: 1 - that is, they are not spatially offset from one another. It is of course possible to use the third version in combination with the first and / or the second version in order to achieve the same effect as the other version; that is, the third embodiment can be used to achieve the effect of both the first and second embodiments.
  • the first and second detector rows are usually arranged one behind the other in such a way that a connection line between a Lo detector element and the associated Hi detector element exactly on the focal point of the associated X-ray generator aligned with the detector indicates. Since the Lo and Hi detector elements, which are arranged one behind the other, have a predetermined distance (for example, about 1 cm) from the X-ray generator, the whole detector can easily be tilted at a suitable angle (for example by 5 ° -6 °) Be inclined with respect to the reference X-ray in the direction of the longitudinal direction of the detector and / or orthogonally thereto.
  • a suitable angle for example by 5 ° -6 °
  • the connecting line between the centroids of a pair of a Hi and a Lo detector element runs past the X-ray generator.
  • the inclination can be set in such a way that the connecting line between the centroid of a Lo detector element and the gap between two adjacent Hi detector elements points to the X-ray generator.
  • the inclination in the case of an inclination orthogonal to the longitudinal direction of the detector, the inclination can be set in such a way that the connecting line between the centroid of a Lo detector element and the edge of a Hi detector element located behind it points to the X-ray generator.
  • any required effective offset between the first and second detector elements can be sufficient to achieve one of the above-described effects or a combination thereof.
  • the effective offset can be set so that in operation with detector pairs formed from a real and a calculated virtual detector element, the connecting line through the associated focal points of the two detector elements is aligned on the X-ray generator, ie on the The focal spot of the generator is focused.
  • an I-, L- or U-shaped detector line in an X-ray inspection system can be formed from a large number of individual cell-shaped detectors, each of which is individually related to a reference X-ray beam each assigned X-ray generator of the system are aligned.
  • the projections of the first and second detector lines along the reference x-ray beam in the third embodiment are in practice already shifted from one another at least at the detector line ends due to the geometry (by approx. 14-15%). It is therefore recommended that the overlap between the detector elements of the first and the second detector line be a maximum of 80% and at least 20%.
  • the first detector elements and the second detector elements can have essentially the same cross-sectional shape and the same in the direction of the X-rays to be detected Have cross-sectional area (effective area).
  • a first detector element and a second detector element for a conventional arrangement can be arranged one behind the other and brought into congruence.
  • the “working area” of a detector element is understood here to mean the effective area of the detector element on which the X-rays to be detected, which have passed through the inspection object, are incident in the intended arrangement.
  • the first detector elements and the second detector elements each have a length in the row direction and a width orthogonally thereto.
  • the first offset in the line direction corresponds to half the length of the first and second detector elements.
  • the preferred first embodiment provides a detector with twice the spatial resolution in the line direction.
  • the second offset is determined based on the readout frequency f in [1 / s] for reading out the detector data from the detector elements and the transport speed b in cm / s of an inspection object compared to the dual-energy X-ray detector according to of the formula (1):
  • the preferred second embodiment provides a detector with twice the spatial resolution perpendicular to the line direction with an unchanged ratio of the transport speed of the inspection object past the detector and the readout frequency of the detection elements.
  • the scanning speed for inspection objects in the X-ray inspection system with the detector could be correspondingly reduced, possibly halved, with the spatial resolution remaining the same.
  • higher belt speeds with constant image quality or improved spatial resolution with constant belt speed are optionally possible.
  • the ratio of tape speed to scanning frequency can be adjusted as required. If, in the particularly preferred second embodiment, the tape speed and the scanning frequency are left the same, the spatial resolution is improved with the new detector.
  • the preferred second embodiment thus offers a particularly high level of flexibility with which systems can be designed for different requirements.
  • the spatial resolution, as described above, can be doubled in the conveying direction, since intermediate values are generated at a distance As / 2.
  • the value pairs are of the form ((L0 1 , vHii), (vLoi, Hii), (Lo 2 , vHi 2 ), (vLo 2 , Hi 2 ) ..., (LON, VHIN), (VLON, THERE)).
  • this means that detector data are still in the order L0 1 , Hii, Lo 2 , Hi 2 , Lo n , Hi n , ...
  • LON, HIN are generated, but now L0 1 and Hi 2 are spatially congruent.
  • the measured values can now be combined accordingly, for example in the form ((Lo 2 , Hii), (L0 3 , Hi 2 ), ..., (LON, H ⁇ N-I)), so that a calculation of Intermediate values can be dispensed with. That is, with such a use of the preferred second embodiment, the spatial offset between the associated first and second detector data due to the serial readout can be compensated for by the clever combination of spatial offset of the detector elements orthogonal to the line direction and the ratio of readout frequency and belt speed.
  • the two particularly preferred embodiments can (depending on the objective) be used independently of one another or in combination.
  • the third embodiment can be used as an alternative or in addition to the first and / or second embodiment with the effects and possible uses explained above.
  • the high-energy high-energy and low-energy low-energy detector elements are effectively shifted by half a detector element compared to the conventional arrangement.
  • the ratio of readout frequency and belt speed and, accordingly, the effective offset in the transport or scanning direction can be set as required, as noted above.
  • the Hi and Lo detector elements are configured to respond differently (spectrally selective) to the incident X-rays to be detected, due to the defined effective offset of the Hi and Lo detector elements in the line direction and / or orthogonal to the line direction, as well as The known ratio of readout frequency and belt speed, if necessary, the missing Hi detector data for a real Lo detector element can be calculated as virtual Hi detector data based on the detected neighboring real Hi and / or real Lo detector data. Possibilities for a specific procedure are explained below in connection with the method according to the third aspect for processing first and second detector data obtained with the detector of the first aspect.
  • the first and second detector elements can be constructed in a manner known per se for the required spectral selectivity for a spectrum of X-rays used.
  • the first and second detector elements can each have a photodiode, in front of which a scintillator material is arranged with respect to the incident X-rays to be detected.
  • the scintillator material can be selected for setting the required spectrally selective sensitivity for X-rays of the spectrum used and / or dimensioned accordingly in the thickness to be traversed by the X-ray radiation.
  • YAG yttrium aluminum garnet
  • YGAG yttrium-gadolinium-aluminum-garnet
  • GOS gadolinium oxysulfide
  • layer thicknesses in the order of magnitude less than 1 mm are preferably set, and for a high-energy scintillator, second layer thicknesses in the order of magnitude greater than 1 mm are preferably set.
  • the light quanta generated by the incident X-rays in the respective scintillator material are detected by the associated photodiode and converted into an output voltage that depends on the time interval after which the output signal generated by the photodiode is read out.
  • the output signals regularly read out in this way correspond to the associated detector data.
  • a filter for hardening the incident X-rays for example made of copper, titanium, aluminum or the like, can also be arranged, which attenuates low-energy X-rays particularly strongly, so that the second detector elements predominantly from high-energy X-rays can be achieved and thus are Hi-detector elements.
  • the first and the second detector elements can be arranged to form the detector proposed here on the same side of a carrier in accordance with one of the said first and second embodiments or a combination thereof.
  • the first detector elements can be located on one side of the carrier and the second detector elements on the other side of the carrier.
  • a printed circuit board PCB
  • a carrier on which the conductor tracks and possibly functional electronics for contacting and reading out the detector elements are located.
  • the predetermined effective overlapping offset proposed here between the high and low detector elements lying one behind the other in the direction of the X-rays to be detected achieves numerous advantages with the same system costs.
  • the dual energy detector proposed here achieves a higher spatial resolution without having to increase the number of Hi and Lo detector elements per unit length or unit area.
  • the dual-energy detector proposed here has a better signal-to-noise ratio compared to a structure with detector elements with a smaller effective area to increase the number of high and low detector elements per unit length or area.
  • the dual energy detector proposed here is particularly simple. In principle, no extensive changes to existing detectors are necessary to put the concept into practice. In principle, the high and low detector elements have to be shifted by the desired predetermined effective overlapping relative offset, for example preferably by half a length and / or width of a detector element.
  • a second aspect of the present disclosure provides an X-ray inspection system with the cellular dual-energy X-ray detector (detector) according to the first aspect.
  • the X-ray inspection system is set up for a transport of an inspection object in a transport direction through the inspection system.
  • the line direction of the dual-energy x-ray detector is preferably arranged orthogonally to the transport direction, so that the transport direction corresponds to the scanning direction for the inspection object.
  • the X-ray inspection system provides acquired first detector data in the form of Lo detector data and second detector data in the form of Hi detector data of the inspection object.
  • an imaging dual-energy X-ray radiography can be carried out for a non-destructive inspection of the inspection object and Lo and Hi detector data describing the inspection object can be provided.
  • the Lo and Hi detector data are based on detecting the X-rays penetrating the inspection object with the dual-energy X-ray detector of the first aspect.
  • the inspection object is scanned at a predetermined or optionally set transport speed through a scanning arrangement, consisting of the cell-shaped detector arranged orthogonally to the transport direction and an X-ray fan aligned to the detector line, for the corresponding line-by-line scanning with a likewise predetermined or optionally set readout frequency of the detector elements through the X-ray fan passed through.
  • a scanning arrangement consisting of the cell-shaped detector arranged orthogonally to the transport direction and an X-ray fan aligned to the detector line, for the corresponding line-by-line scanning with a likewise predetermined or optionally set readout frequency of the detector elements through the X-ray fan passed through.
  • the relationship between the belt speed and the readout frequency can be adjusted appropriately as required (high throughput or higher spatial resolution).
  • the detector data acquired with the detector and made available are indexed via a position variable n, which runs in the direction of the row of the detector starting at one end.
  • the first detector elements ie the Lo detector elements, acquire first real detector data, ie real Lo detector data L01, L02, Lo n , ..., LO N of the inspection object, where 1 ⁇ n ⁇ N and N is the number of Lo- Detector elements in the row direction of the detector is.
  • the second detector elements ie the Hi detector elements, detect corresponding second real detector data, ie real Hi detector data Hii, H12, H, ..., HI N of the inspection object, where 1 ⁇ n ⁇ N and N is the number of detector elements is in the row direction of the detector.
  • the inventor has also found that a similar effect on the spatial resolution achieved or the ratio of transport speed and readout frequency of the detector elements, as with the second or corresponding third embodiment of the detector according to the first aspect, also in an X-ray inspection system with a conventional detector by means of a certain readout patterns for the Hi and Lo detector data can be achieved on the conventional dual-energy X-ray detector. That is, the readout method below uses a dual-energy X-ray detector line with a high-energy Hi detector element and a low-energy Lo detector element per pixel, which are arranged essentially congruently one above the other in the direction of the X-rays to be detected.
  • the inventor has found that with a readout sequence in which all detector elements of one type (Hi or Lo) are read out first along the position variable n and then all other detector elements of the other type along the position variable n, i.e. all Hi detector data first Hii, Hh, H, .... HIN, and then all Lo detector data L01, L02, L03, .... LO N (or vice versa) the same result can be achieved as with the shift of the first and the second Detector row to each other can be achieved according to the second embodiment.
  • the above readout method is thus an equivalent software solution to the hardware solution with Hi and Lo detector elements that are effectively offset to one another in an overlapping manner, according to the second and / or appropriately configured third embodiment of the first aspect.
  • the readout method comprising: reading out the Hi and Lo detector elements in such a way that initially all detector elements of one type are read out along the position variable n and then all other detector elements of the other type are read out along the position variable n.
  • a third aspect of the present disclosure relates to a method for processing the Lo detector data and Hi detector data provided by the x-ray inspection system of the second aspect or the above-described x-ray inspection system with a conventional detector and the read-out method described above, so that an x-ray image with a improved spatial resolution can be derived.
  • the missing Hi detector data for a real Lo detector element as a virtual Hi detector data and correspondingly to a real Hi Detector element allows the missing Lo detector data to be calculated as virtual Lo detector data.
  • the method of the third aspect basically comprises: calculating a respective virtual Lo detector data at the position of a real Hi detector element. It goes without saying that, as an alternative or in addition, a respective virtual Hi detector data item can also be calculated at the position of a real Lo detector element.
  • the calculation of a virtual Lo detector data at the position of a real Hi detector element can include: Calculating the virtual Lo detector data based on a specific first number of neighboring real Lo detector data and a specific second number of neighboring real Hi detector data.
  • the alternative calculation of a virtual Hi detector data at the position of a real Lo detector element can include: Calculating a virtual Hi detector data based on a certain first number of neighboring real Hi detector data and a certain second number of neighboring real Lo detector data.
  • the inventor has found that different approaches are possible for the calculation of the virtual high and / or low detector data, which can be used alone or in combination.
  • a virtual Lo or Hi detector data can be calculated based on a mean value or median from neighboring Hi and / or Lo detector data.
  • the missing Hi detector data for a Lo detector element can be calculated as a virtual Hi detector data according to a first approach as follows: Based on a certain first number (e.g. two) of immediately adjacent real Hi detector data (ie the detector data, for example of the two Hi detector elements that overlap with the Lo detector element, i.e. are adjacent to it in the line on the left and right) and a certain second number (e.g. three) of the next real Lo detector data (i.e. the detector data of the Lo detector element under consideration as well as the two adjacent Lo detector elements on the left and right).
  • a virtual Lo detector data can be calculated taking into account the course of the values of the Hi detector data and / or a virtual Hi detector data can be calculated taking into account the course of the values of the Lo detector data.
  • the approaches mentioned above can be implemented using a machine learning algorithm.
  • the virtual hi or lo detector data can be generated based on the provided lo and hi detector data using a deep learning algorithm.
  • the inventor has surprisingly found that an approach from the field of processing the image data of a digital image sensor with a so-called Bayer color filter is suitable for calculating the virtual detector data.
  • the missing color information at the point of an image point can be calculated using a so-called demosaicking algorithm (i.e. an algorithm for removing mosaics).
  • demosaicking algorithm i.e. an algorithm for removing mosaics.
  • Such an algorithm is described, for example, in: “Color filter array demosaicking using high-order interpolation techniques with a weighted median filter for Sharp color edge preservation” by J. S. J. Li and S. Randhawa, IEEE Transactions on image Processing, Vol. September 9, 2009; for reference, the document is abbreviated in the following as Li / Randahawa and its content is incorporated by reference.
  • the filter elements for the primary colors red, green and blue of the color filter are arranged as a so-called Bayer matrix (or Bayer pattern) (cf. are arranged, whereby 50% of the filter elements are green and 25% of each of the filter elements are red and blue.
  • Bayer matrix or Bayer pattern
  • the “Bayer matrix” and the “Bayer filter” are named after their inventor, Bryce E. Bayer, and are described in US Pat. No. 3,971,065 A, for example.
  • the detector data recorded and provided with the dual-energy X-ray detector of the first aspect are indexed via the above-mentioned position variable n, which runs in the row direction of the dual-energy X-ray detector starting at one end, in such a way that the Lo detector elements Detect real Lo detector data L01, L02, ..., Lo n , ..., LON of the inspection object and the Hi detector elements corresponding real Hi detector data Hii, H12, ..., Hi n , ..., Detect HIN of the inspection object, where 1 ⁇ n ⁇ N and N is the number of Hi and Lo detector elements in the line direction of the dual-energy X-ray detector.
  • the real Hi and Lo detector elements of the dual energy X-ray detector are read out in pairs in the order Hii, L01, Hb, L02, ..., Hi n , Lo n , ..., HIN, LON, with several being read out in this way Sequences form a two-dimensional Hi / Lo matrix. Ever after how the offset has actually been implemented in relation to the readout direction of the detector elements, the above sequence can also begin with the element L01 and then end with the element HIN.
  • the virtual hi and / or lo detector data can be calculated using an adapted demosaicking algorithm, for example the algorithm described in Li / Randhawa.
  • the demosaicking algorithm for example the algorithm described in Li / Randhawa, the three-color Bayer pattern on which the algorithm described there is based is first reduced to a two-color chessboard pattern and the one color of the chessboard is reduced to the hi-detector data and the other color of the chessboard is assigned to the Lo detector data.
  • the demosaicking algorithm adapted to the checkerboard pattern is then applied accordingly to the two-dimensional hi / lo matrix rotated by 45 ° with the recorded real hi and lo detector data in order to calculate virtual detector data associated with a real detector data.
  • a fourth aspect of the present disclosure relates to a processing device for processing the Lo detector data L01, L02, L03, ..., LON and Hi detector data Hii, H12, H, ..., HIN provided by the X-ray inspection system of the second aspect , wherein the processing device is set up to carry out a method of the third aspect.
  • a fifth aspect of the present disclosure relates to a system consisting of an x-ray inspection system of the second aspect and the processing device of the fourth aspect, the x-ray inspection system being set up to provide the high and low detector data based on the scanning of an inspection object to the processing device and for this purpose with the Processing device is connected for a corresponding data communication.
  • a sixth aspect of the present disclosure relates to a computer program product that has software means for performing a method of the third aspect when the computer program is executed on a computer, such as the processing device of the fourth aspect. That is to say, a computer program product which comprises instructions which, when the computer program is executed by a computer, in particular a processing device (300) according to the fourth aspect, cause the computer to execute the method according to the third aspect.
  • a seventh aspect of the present disclosure relates to a computer-readable data carrier with a computer program product of the sixth aspect.
  • An eighth aspect of the present disclosure relates to a data stream with electronically readable control signals which can interact with a programmable computer in such a way that, when the computer executes the electronically readable control signals, the computer carries out a method of the third aspect. That is, a data carrier signal that the computer program product of the sixth aspect carries.
  • FIG. 1a is a simplified perspective illustration of the structure of a conventional dual-energy detector.
  • FIG. 1b is a cross-sectional view of the section through the xy plane of the detector of FIG. 1a.
  • FIG. 2a is a simplified perspective illustration of the structure of a first exemplary embodiment according to the first embodiment of the dual-energy X-ray detector proposed here.
  • FIG. 2b is a cross-sectional view of the section through the xy plane of the detector of FIG. 2a.
  • Figure 2c is a side view of a detector according to the first embodiment with the first and second detector rows spaced from one another.
  • FIG. 3 is a simplified perspective illustration of the structure of a second exemplary embodiment based on the second embodiment of the dual-energy X-ray detector proposed here.
  • FIG. 4 is a simplified perspective illustration of the structure of a third exemplary embodiment based on a combination of the first and the second embodiment of the dual-energy X-ray detector proposed here.
  • FIG. 5 is a side view of an inclined detector according to an exemplary embodiment of the third embodiment, in which an effective offset is achieved, as in the exemplary embodiment according to the first embodiment that is illustrated in FIG. 2c.
  • FIG. 6 is a simplified side view of an X-ray inspection system with a dual-energy X-ray detector proposed here, such as, for example, a detector from FIGS. 2a-5.
  • FIG. 7 illustrates the readout situations of the detector data with a detector of FIGS. 1a and 1b as reference (FIG. 7 above) and FIGS. 2a and 2b (or 5) according to the first embodiment (FIG. 7 below).
  • FIG. 8 illustrates the readout situations of the detector data with a detector of FIGS. 1a and 1b as reference (FIG. 8 above) and FIG. 3 with a dual-energy X-ray detector according to the second embodiment (FIG. 8 below).
  • FIG. 9 illustrates the readout situations of the detector data with a detector of FIGS. 1a and 1b as a reference (FIG. 9 above) and, like a readout situation similar to the representation shown in FIG Hi and Lo detector elements can be achieved (Fig. 9 below).
  • FIG. 10 illustrates the readout situations of the detector data with a detector of FIGS. 1a and 1b as a reference (FIG. 10 above) and FIG. 3 as a second reference (FIG. 10 middle) and additionally FIG Offset of the pixels in the z-direction corresponds to twice the offset of that shown in FIG.
  • FIGS. 11-13 illustrate an exemplary embodiment of an approach for processing the detector data acquired with a dual-energy X-ray detector proposed here, based on a demosaicing algorithm.
  • FIGS. 14-17 illustrate methods for processing and preparing real detector data acquired with the dual-energy X-ray detectors shown in FIGS. 1a-5 for the additional provision of required virtual detector data.
  • Dual-energy X-ray radiography is based on the fact that the attenuation coefficient is a material property of the material being irradiated.
  • the attenuation coefficient is a material property of the material being irradiated.
  • Organic materials largely have an atomic number of around 10 or less and metallic materials have an atomic number of over 10.
  • the materials in an inspection object can thus be classified and based on the determined effective atomic number for optical material discrimination, the pixels in a displayed X-ray image are colored accordingly.
  • This principle is used, for example, for the visual evaluation of X-ray images of baggage at airport control points, by providing the operating personnel with displayed X-ray images for optical material discrimination at inspection systems with predominantly organic compounds orange, with predominantly metallic material blue and a mixture of organic and metallic colored green.
  • FIGS. 1a to 6 should be preceded by the fact that an xyz coordinate system is plotted in the figures for orientation and mutual reference.
  • the longitudinal direction of the detector lines is always in the x-direction, while the direction of the X-rays RX (shown in simplified form as a bundle of arrows) incident on the detector elements in the y-direction and, when the detector lines are used, one of the The direction corresponding to the scanning direction runs orthogonally to the detector line in the z-direction.
  • the scanning direction usually corresponds to the transport direction TD of an inspection object past the detector line and through an X-ray inspection system (as shown in simplified form in FIG. 6). That is, the longitudinal direction (x-direction) of the detector proposed here is usually arranged transversely to the scanning direction (z-direction) in the application.
  • the representation of the detector used here is a simplification compared to the U- or L-shaped detector lines usually used in practice.
  • the detector line does not run exclusively in the transport plane of the inspection objects.
  • the legs of the detector line are always orthogonal to the X-rays he captured and also orthogonal to the transport or scanning direction z.
  • the considerations outlined here for an I-shaped detector line running only in the xz plane can be transferred without problems to the U- and L-shaped detector lines used in practice.
  • Figures 1a and 1b illustrate the structure of a conventional dual-energy X-ray detector 1 (hereinafter referred to as detector 1) in the form of a section from a detector line 2.
  • detector 1 a conventional dual-energy X-ray detector 1
  • Figure 1a is a simplified perspective view of the detector 1 and Figure 1b is, To illustrate the structure, a projection of a detector 1 from FIG. 1a onto the xy plane.
  • the detector line 2 consists of dual-energy detector elements 3 arranged next to one another; for the sake of clarity, only four such elements are shown, the number being in reality it is usually higher (e.g. 1,000).
  • Each detector element 3 consists of low-energy Lo (w) detector elements 4 and high-energy Hi (gh) detector elements 5, which are superimposed in a sandwich-like manner with respect to the X-ray radiation RX to be detected, with an intermediate filter layer 6 (e.g. made of copper) are arranged.
  • the Lo detector elements 4 generate Lo detector data, which are mainly due to low-energy X-rays RX
  • the Hi detector elements 5 generate Hi-detector data which are due to high-energy X-rays RX.
  • the detector 1 thus has at least two output channels: one on which the Hi detector data are provided, and one on which the Lo detector data are provided.
  • the effective area A4 of the Lo detector elements 4 and the effective area A5 of the Hi detector elements 5 are essentially the same size.
  • the effective surfaces of the Lo detector elements 4 and the Hi detector elements 5 have a length L in the direction of the row (i.e. longitudinal direction of the detector row 2) and a width W orthogonally to it.
  • the effective area of a detector element can be 0.8 mm (length L in the line direction) by 0.8 mm (width W transverse to the line direction).
  • a typical detector line can, for example, be 80 cm in total in the direction of the line, so that the line consists of approximately 1,000 detector elements. In principle, the dimensions of the detector elements in a technically meaningful range and the length of the detector line can be freely selected.
  • the detector line 2 is usually arranged transversely to a transport direction TD for an inspection object, so that the inspection object can be scanned line by line with the X-rays RX.
  • the detector 1 can in principle consist of several detector rows 2. That is, with the detector 1 of Figures 1a and 1b, by means of a single line-by-line scan of an inspection object, a low-energy X-ray image based on radiation with low-energy X-rays and a high-energy X-ray image based on radiation with high-energy X-rays can be captured at the same time.
  • FIG. 1b additionally illustrates the real Hi detector data Hii, Hh, H, .... HI N and Lo detector data L01, L02, L03, .... LON made available by means of the individual detector elements 4 and 5.
  • N for the respective position of the associated detector element in the detector row 2, where 1 ⁇ n ⁇ N and N is the number of detector elements of the associated type (Hi or Lo) in the row direction.
  • N 8
  • the detector line 2 consists of 8 Hi detector elements and Lo detector elements arranged along the detector line.
  • the usual read-out for providing the Hi and Lo detector data recorded with the detector 1 is illustrated in the left-hand part of FIGS. 6-8 in the direction of movement of the position variable n along the detector line and over time t.
  • FIGS. 2a-4 each show a specific exemplary embodiment of the dual-energy X-ray detector 100 proposed here, which essentially consists of a first detector line 110 with first detector elements 111 and a second detector line 120 with second detector elements 122 arranged parallel thereto.
  • the two detector rows 110 and 120 are configured to respond to a spectrum of the X-rays RX to be detected in a differently spectrally selective manner.
  • associated first detector elements 111 in the form of Lo detector elements for the primary detection of low-energy X-rays are arranged next to one another in the first detector line 110 and associated second detector elements 122 in the form of Hi-detector elements for the primary acquisition of high-energy X-rays are arranged next to one another.
  • the two detector lines 110 and 120 are arranged parallel to one another in the line direction and arranged one behind the other in the direction of the X-rays to be detected RX so that the detector lines 110 and 120 are offset from one another in an overlapping manner.
  • each Hi and each Lo detector element has the same length L and the same width W orthogonally to the line direction, i.e. the longitudinal direction of the detector 100.
  • the lengths LHI and Li_ 0 and the widths WH and W Lo the same size, ie the effective areas of the Hi and Lo detector elements 111 and 122 are the same size.
  • FIG. 2a shows a simplified perspective illustration of a first exemplary embodiment based on the first embodiment of the dual-energy X-ray detector 100 proposed here to illustrate the basic structure.
  • FIG. 2b is a cross-sectional view through the xy plane of a detector 100, as is shown in detail in FIG. 2a.
  • the first detector row 110 and the second detector row 120 are arranged offset from one another by a first offset Dc in the row direction.
  • FIG. 2b illustrates (similarly to FIG. 1b) the real Hi detector data Hii, HL, Hh, .... HI N and Lo detector data L01, L02, L03,. ... LON.
  • N 8 applies, ie the detector line consists of 8 Hi detector elements and Lo detector elements arranged along the detector line.
  • a Lo detector element 115 is shown, which provides a Lo detector data L0 4.
  • a virtual Lo detector data vLo # or Hi detector data vHi # can be calculated based on the mean value or median of neighboring Hi and / or Lo detector data.
  • the Hi detector data missing from the real detector data L0 4 which is recorded and provided by the Lo detector element 113, can be calculated as virtual Hi detector data vHL as follows:
  • the virtual Hi detector data vHL can be calculated.
  • the course of the values of the Lo detector data can be taken into account by means of the values L03, L04 and L05.
  • the values H and HU can be averaged and used as a base value for the virtual Hi detector data vHU.
  • This approach can also be used as the basis for a machine learning algorithm, e.g. a deep learning algorithm.
  • the detector rows 110 and 120 are offset in the row direction by the effective offset Dc in an overlapping manner.
  • the X-rays RX impinging on the detector 100 and passing through the detector elements run essentially orthogonally to the first and second detector rows 110, 120.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment in accordance with the second embodiment of the dual-energy X-ray detector 100 proposed here.
  • the first detector line 110 and the second detector line 120 are now arranged orthogonally to the line direction offset from one another by a second offset Ay.
  • the provided detector data can be processed in a similar way as explained in FIGS. 2a and 2b by calculating an associated virtual detector data vLo # or vHi # for each real detector data Hi # or Lo #.
  • FIG. 5 is a side view of the conventional detector 1 from FIG. 1, as an example of the use of a conventional detector by means of an arrangement according to the third embodiment of the present disclosure to achieve an effective offset.
  • a desired effective offset between the Lo detector elements 4 and the Hi detector elements 5 - for example like that in the detector 100 of FIG. 2c - but can be achieved by means of the third embodiment of the present disclosure in that the detector line 2 is inclined by an angle a with respect to the incident X-rays RX.
  • FIG. 5 shows in a greatly simplified manner that the desired effective offset can be achieved solely by means of this inclined arrangement of a conventional detector line 2 with respect to the X-rays RX incident thereon, as is achieved, for example, in the exemplary embodiment for the first embodiment of FIG. 2c.
  • a normal N which runs through the centers of the two lines formed by the associated Hi and Lo detector elements, is entered in FIG.
  • a reference X-ray RXref of the X-rays RX incident on the detector 1 is plotted, which strikes the point of the detector 1 through which the normal N extends.
  • the angle of inclination a is thus formed between the normal N and the reference X-ray ray RXref.
  • the angle of inclination ⁇ is set in such a way that the desired effective offset Ax results between the Lo and Hi detector elements 4, 5.
  • the same offset is thus effectively achieved as in the corresponding exemplary embodiment of the first embodiment in FIG. 2c.
  • the principle of the third embodiment, which is thus illustrated in FIG. 5, can accordingly also be transferred to the second embodiment.
  • the third version can also be combined with the first and / or second version.
  • the effect of the combined first and second embodiment can also be achieved by means of the third embodiment alone.
  • FIG. 6 shows a system 400 which essentially consists of an X-ray inspection system 200 and a processing device 300.
  • the highly simplified X-ray inspection system 200 has radiation protection curtains 202, 204, one of which is arranged at an input 206 and an output 208 of a beam tunnel 210 of the X-ray inspection system 200.
  • a Strahlungsbe rich 212 within the radiation tunnel 210 with at least one radiation source 214, for example an X-ray tube with a collimator to generate an X-ray fan 215, which is aligned with the dual-energy X-ray detector 100 proposed here.
  • a transport device 218, for example a sliding belt conveyor is used, which conveys the inspection objects in the transport direction TD through the radiation region 212.
  • the cell-shaped detector 100 is L-shaped or U-shaped and is arranged with its longitudinal direction orthogonal to the transport direction TD, so that the transport direction TD corresponds to the scanning direction of the inspection object 216.
  • the processing device 300 is essentially set up to carry out at least one of the methods proposed here for processing the high and low detector data acquired with the dual energy x-ray detector proposed here.
  • the dual-energy X-ray detector 100 is, for example, one of the kind shown in simplified form in FIGS. 2a-5.
  • the detector data provided by the dual-energy x-ray detector 100 and processed by the processing device 300 can be used to generate an x-ray image of the inspection object 216 colored based on material classes, which is displayed to an operator on a screen (not shown) in a manner known per se will.
  • the processing device 300 can be part of a control device 220 of the X-ray inspection system 100.
  • the processing device 300 can in principle also be located completely separate from the X-ray inspection system 200, for example at a central location where the raw detector data from several inspection systems 200 converge and are processed there centrally. This makes no difference to the proposed measures for processing the detector data.
  • the processing unit 300 can also be part of the detector 100, so that the detector data generated by the detector 100 are already processed on the detector 100 in accordance with the measures proposed here.
  • the detector 100 proposed here can in principle be made compatible with existing X-ray inspection systems with conventional detector units. That is, as a result, with an X-ray inspection system that is otherwise sufficiently structurally identical, an embodiment of the new detector 100 proposed here with integrated processing of the detector data could be used with lower system costs with a constant image quality. Alternatively, the spatial resolution of an existing X-ray inspection system could be increased while the system costs remain almost the same.
  • FIGS. 2b and 7-10 a particularly preferred approach for processing the high and low detector data provided with a dual-energy x-ray detector 100 proposed here is now presented.
  • a wide variety of approaches are conceivable for calculating virtual detector data for the detector elements missing due to the offset.
  • the essential finding of the suggested improvement lies in the overlapping and mutually offset hi and lo detector elements of the dual-energy x-ray detector 100, as illustrated, for example, in FIGS. 2a-5.
  • FIG. 2b The task on which the preparation of the provided real hi and lo detector data is based is first illustrated using FIG. 2b.
  • the detector structure illustrated in FIG. 2a with mutually overlapping, offset Hi and Lo detector lines 110 and 120 leads to the problem that not every real Lo detector data, for example the Lo detector data L0 4 , exactly one Hi detector data - and vice versa - can be assigned.
  • the respective detector data of the other type belonging to a specific real detector data of the one type (Hi or Lo) must therefore be supplemented in a suitable manner as a virtual detector data by calculation or determined in some other way.
  • the virtual detector data vHL is shown in FIG. 2b.
  • a “real detector data” is understood here to mean an intensity value for measured x-rays that is actually detected with a specific detector element physically present on the detector 100.
  • a “virtual detector datum” is understood here to mean a virtual intensity value generated by calculation or otherwise for a detector element that is physically missing at a specific location on a detector 100.
  • the associated Hi detector datum can assume values from x to x + a, depending on the material irradiated through.
  • the difference a would be very small, i.e. the Hi detector data vHL and the Lo detector data L04 would be approximately identical.
  • the difference in a would be considerable. It is precisely this fact that is used - as explained above - for material detection by means of dual-energy radiography. That is to say, in order to be able to distinguish steel from plastic or aluminum at a location, the information from the Hi and Lo channels of the dual-energy X-ray detector 100 is required for this location. If the value of the associated Lo detector data could be inferred directly from a Hi detector datum, no two different spectrally selective measurements would be necessary.
  • the inventor has found that, instead of a real Lo or Hi detector data, the associated missing value can be determined as a virtual vLo or vHi detector data with sufficient accuracy. For practicality, it is desirable to achieve a result that is as close as possible to reality with as little computing power as possible.
  • a simple approach would be to calculate, for example, the missing real Hi detector data for the real Lo detector data L04 as the mean value of the two adjacent real Hi detector data HU and His. However, this simple approach does not achieve the required accuracy.
  • the inventor has further found that the course of the Hi detector data in the Hi channel and the course of the Lo detector data in the Lo channel of the detector 100 are similar. In other words, if the signal drops in the Hi channel, under real conditions it also drops in the Lo channel and vice versa. Depending on the irradiated material, stronger or less strong. This means that the course of the detector data in the Lo channel, i.e. the Lo detector line 110, can be used when determining the virtual Hi detector value vHU. For example, as mentioned elsewhere, a deep learning algorithm could be used that is trained to calculate the missing virtual high and low detector data.
  • FIGS. 7-10 the time sequence of a readout process on a greatly simplified dual-energy X-ray detector 100 (detector 100 for short) is shown in the left part of the figure, as shown, for example, in FIG. 2a and its Hi and Lo Detector lines each have only 4 associated real detector elements.
  • the real Hi detector elements are shown as empty / white circles and the real Lo detector elements as filled / black circles.
  • FIGS. 1a and 1b the readout situation for the conventional detector 1 is illustrated, which is shown in FIGS. 1a and 1b.
  • the Hi detector data Hin of the first Hi detector element is read out, followed by the Lo detector data Lon of the first Lo detector element; then the Hi detector data H ⁇ 21 of the second Hi detector element is read out, followed by the Lo detector data L021 of the second Lo detector element; etc. If the Lo detector data Lo ni of the last Lo detector element has been read out, the process starts again with the first Hi detector element and the Hi detector data H112 is read out there.
  • FIGS. 7-10 each shows a two-dimensional matrix M #, the fields of which are each assigned to the recorded real Hi and Lo detector data.
  • Each field of the matrix M # with the associated detector data corresponds to a respective pixel from one of the de- X-ray image to be derived from tector data. Therefore, the effect achieved by the proposed modification of the associated detector 100 on the spatial resolution of the X-ray image derived from the respective detector data can be seen directly from the matrix M # of the respective FIGS. 6-9.
  • the upper right half of each image with the matrix MO provided by means of the conventional detector 1 in FIGS. 1a and 1b serves as a reference for the matrices M6-M10 in FIGS. 7-10.
  • the read-out situation in the case of a detector 100 according to the first embodiment of FIGS. 2a and 2b is illustrated.
  • the Hi detector line is offset in an overlapping manner to the Lo detector line in the line direction and thus perpendicular to the transport direction TD (FIG. 6) by an offset Dc which corresponds to half a length L of a detector element.
  • the real high and low detector data are read out in the same order as for detector 1 (upper half of FIG. 7).
  • the readout situation in FIG. 7 shows that a Lo detector data and vice versa can no longer be assigned to every real Hi detector data.
  • FIG. 8 shows the readout situation for a detector 100 according to the second embodiment of FIG an offset Ay, which corresponds to half a width W of the detector elements, offset from one another in an overlapping manner. If the real Hi and Lo detector elements are read out sequentially in the same order as in FIG. 7, the readout situation illustrated in FIG. 8 arises.
  • the matrix M7 of FIG. 8 shows, however, that the spatial resolution in an x-ray image that can be derived from the detector data is improved, namely doubled, in the scanning direction (or in the transport direction TD, FIG. 6).
  • the readout situation in FIG. 8 is interesting if either the spatial resolution of the derived X-ray image increases in the scanning direction or in the transport direction (TD, FIG. 6) or, with the same resolution, the transport speed for the inspection objects through the X-ray inspection system increases with a corresponding setting of the ratio of readout frequency and belt speed shall be.
  • the spatial resolution in the scanning direction or orthogonal to the line direction of the detector can be increased by increasing the readout frequency f.
  • FIG. 9 a further clever consideration by the inventor is illustrated.
  • the inventor has recognized that a similar effect on the spatial resolution achieved (or, alternatively, the transport speed or scanning speed to be set), as practically hardware-wise with the second embodiment of the detector 100, also in an X-ray inspection system with a conventional detector 1, as shown in FIG 1a and 1b can be achieved by means of a modified readout pattern (ie readout sequence) for the Hi and Lo detector data on the conventional dual-energy X-ray detector 1 of FIGS. 1a and 1b.
  • a modified readout pattern ie readout sequence
  • the readout sequence on the detector 100 is modified so that first all detector elements of one type (Hi or Lo) along the position variable n of the detector line and then all detector elements of the other type along the position variable n of the detector line can be read out. That is to say, for example, as shown in FIG. 9, first all Hi detector data Hii, Hh, H, .... HIN, and then all Lo detector data L01, L02, I_q3, .... LO N read out (or vice versa).
  • the comparison of the matrices M7 and M8 shows that with the modified readout sequence of Figure 9, the same result can be achieved as is achieved with the displacement of the first detector line 110 and the second detector line 120 to each other in the detector 100 according to the second embodiment.
  • the readout method of FIG. 9 is thus an equivalent software solution to the hardware solution of FIGS. 3 and 8, with high and low detector elements offset from one another in an overlapping manner.
  • the Hi and Lo detector lines 110, 120 on the detector are not offset from one another in the scanning direction, but the readout order of the Hi and Lo detector elements is appropriately changed, the same effect on the spatial resolution is obtained achieved as with the detector line 100 of FIGS. 3 and 8.
  • the spatial resolution in the transport direction or the scanning direction is also improved in this case.
  • the read-out situation in FIG. 9 is elegant, since essentially no modifications to a conventional detector 1 (cf. FIGS. 1a and 1b) are required. In order to implement the modified chronological readout sequence, a redesign of the circuit board of the detector 1 or a redesign of the readout chip could be necessary. If a readout chip connected to the detector 1 is able to internally change the time sequence of the readings of the individual real hi and lo detector elements as required, the readout situation in FIG. 9 can be implemented without major measures.
  • An offset Az (mb) / (2 f) can be calculated for a specific pair of values (bi, T), which leads to a situation as shown in the middle of FIG. 10 and in which missing values have to be calculated. Since X-ray systems are often integrated into a complex system of conveyor systems, it can sometimes be desirable to adapt the belt speed to these framework conditions.
  • the inventor has recognized that the structure of the matrices M6-M10, which are provided with the detectors 100 proposed here (FIGS. 2a-6, and 7-8) or the modified readout method (FIG. 9), with regard to the hi and Lo-detector data can possibly be processed similarly to the processing of the image data captured with an image sensor with Bayer-CFA.
  • the two different color information items must be supplemented by a suitable calculation for each pixel.
  • a virtual detector data of the other type must be calculated for the real detector data of one type (Hi or Lo).
  • the inventor proposes to modify a CFA demosaicing used in digital image sensors for processing the real detector data of the detectors 100 proposed here. Since there are numerous known implementations for CFA demosaicing, the basic principle of adaptation should be sufficient here to explain. Namely, the present disclosure is in no way limited to any particular single or particular implementation.
  • CFA demosaicing The core idea of CFA demosaicing is to calculate the two missing colors for each pixel of a Bayer pattern from the known, actually recorded colors in the immediate vicinity.
  • FIG. 11 initially shows a comparison of the Bayer pattern BAYER (FIG. 11, left) with the Hi / Lo detector data matrix M6 * (FIG. 11, right), as it is, for example, in the readout situation of FIG. 7 with the detector of Figures 2a and 2b results.
  • the Bayer pattern BAYER (FIG. 11, left)
  • the white boxes stand for blue pixels
  • the hatched boxes for green pixels and the crosshatched boxes for red pixels.
  • the matrix M6 * FIG. 11, right
  • the Lo detector data are shown by hatched boxes
  • the Hi detector data are shown by crosshatched boxes.
  • FIG. 13 compared to FIG. 12, only the matrix BAYER * was rotated 45 ° clockwise in order to illustrate a suitable assignment of the data of the matrix M6 * to the data of the modified Bayer pattern BAYER **.
  • FIG. 13 further illustrates that the modified Bayer pattern BAYER ** and the matrix M6 * have a similar, alternating structure.
  • the pixels in the marked areas in the modified Bayer pattern BAYER ** can be assigned to the detector data in the marked areas of the matrix M6 *.
  • the CFA demosaicing algorithm for the Bayer pattern can be applied to the detector data of the matrix M6 *.
  • the inventor has found that the results are somewhat worse because the detector data are further apart in the horizontal and vertical directions than the pixels in the Bayer pattern. However, this can be compensated for by the fact that the vertical detector data series can still be viewed with the M6 * matrix, which does not exist with the Bayer BAYER ** sample.
  • an interpolated value for the missing pixel is determined for a certain number of spatial directions, based on a Taylor series development of the measured data in the immediate vicinity.
  • a gradient is then calculated for each of these spatial directions, which is a measure of how much the signal changes in the respective direction.
  • the weighted mean value is formed from all interpolated values in a final step.
  • the matrices of the detector data provided by the detectors 100 proposed here deliver surprisingly good results with an unexpectedly low computational effort.
  • FIGS. 14-17 illustrate various aspects of the method proposed here for processing the real Lo and Hi detector data that have been detected by an inspection object by means of one of the detectors 100 described here.
  • FIG. 14 illustrates the basic structure of a method 1300 for processing the Lo detector data L01, L02, L03, ..., LO N and Hi detector data Hii, H12, H, ..., HI provided by, for example, the X-ray inspection system 200 of FIG N
  • the method has the following basic steps: a step S1 for calculating a respective virtual Lo detector data vLo at the position of a real Hi detector element 122 (see, for example, FIG. 2b); and a step S2 for calculating a respective virtual Hi detector data vHi at the position of a real Lo detector element 111 (cf., for example, FIG. 2b).
  • the step S1 for calculating a virtual Lo detector data vLo at the position of a real hi detector element 122 has: a step S11 for calculating the virtual Lo detector data based on a specific first number Real Lo detector data adjacent to the real Hi detector element 122 and a specific second number of real Hi detector data adjacent to the real Hi detector element 122.
  • the step S2 for calculating a virtual Hi detector data vHi at the position of a real Lo detector element 111 has: A step S21 for calculating a virtual Hi detector data based on the determined first number of the real Lo- Detector element 111 adjacent real Hi detector data and the determined second number to the real Lo detector element 111 adjacent real Lo detector data.
  • Step S11 has a step S12 for calculating the virtual Lo detector data as a mean value from neighboring Hi and Lo detector data.
  • Step S21 has a step S22 for calculating the virtual Hi detector data as a mean value from neighboring Hi and Lo detector data.
  • FIG. 15 illustrates a modified method 1400, with step S1 a step S14 for calculating the virtual Lo detector data taking into account the course of the values of the Hi detector data and step S2 a step S24 for calculating the virtual Hi detector data taking into account the course which has values of the Lo detector data.
  • the mentioned calculation steps for the virtual Hi or Lo detector data can be implemented based on the Lo and Hi detector data provided using a deep learning algorithm (DLA)
  • DLA deep learning algorithm
  • FIG. 16 illustrates a method 1500 as a special embodiment of the method 1300 of FIG. 14.
  • the Lo detector elements detect real Lo detector data L01, L02, ..., Lo n , ..., LO N of the inspection object and the Hi detector elements detect corresponding real Hi detector data Hii, H12, ..., Hin, ..., HIN of the inspection object, where 1 ⁇ n ⁇ N and N is the number of Hi and Lo detector elements in the row direction of the dual energy X-ray detector (100).
  • the method 1500 of FIG. 15 has the following steps:
  • a step S33 for calculating the virtual hi and / or lo detector data using an adapted demosaicking algorithm consist of the following steps:
  • the required virtual (i.e. missing) detector data is calculated by means of the adapted demosaicking algorithm in a similar way to that for a photo sensor chip with BAYER color filter, which can be calculated for the other two basic colors missing for a certain pixel.
  • FIG. 17 illustrates a readout method 1600 for reading out Hi and Lo detector elements of a dual-energy X-ray detector 1, as shown, for example, in FIG. 1b and, for example, can be installed in an X-ray inspection system 200 of FIG.
  • the dual-energy X-ray detector 1 has at least: a dual-energy X-ray detector line 2 with a high-energy Hi detector element 5 and a low-energy Lo detector element 4 per pixel, which are essentially congruent in the direction of the X-rays to be detected RX over- which are arranged.
  • the readout method 1600 of FIG. 17 essentially comprises a step S4 for reading out the Hi and Lo detector elements, in which all detector elements of one type, i. E.

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Abstract

Offenbart wird ein Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor (100) mit einer ersten Detektorzeile (110) mit ersten Detektorelementen (111) und einer dazu parallel angeordneten zweiten Detektorzeile (120) mit zweiten Detektorelementen (122), wobei die Detektorzeilen (110, 120) zueinander in Zeilenrichtung parallel angeordnet und in Richtung der zu erfassenden Röntgenstrahlen (RX) so hintereinander angeordnet sind, dass die Projektion der ersten und der zweiten Detektorzeilen (110, 120) in Richtung eines der zu erfassenden Röntgenstrahlen (RX), der durch den Flächenschwerpunkt eines Referenzdetektorelements der ersten oder der zweiten Detektorzeile (110, 120) verläuft, sich überlappend zueinander um einen effektiven Versatz (Δx; Δy) versetzt sind. Weiter wird eine Röntgeninspektionsanlage (200) mit einem solchen Detektor (100) offenbart sowie Verfahren zur Aufbereitung von mittels des Detektors (100) bereitgestellter Detektordaten.

Description

Dual-Energie-Detektor und Aufbereitungsverfahren für Detektordaten
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein die räumliche Auflösung von Röntgenbildern in der bildgebenden, zerstörungsfeien Inspektion von Objekten zum Auffinden von Zielgegenstän den mittels Dual-Energie-Röntgenradiographie, insbesondere Maßnahmen zur Erhöhung der räumlichen Auflösung eines dabei erzeugen Röntgenbildes. Die Offenbarung betrifft im Beson deren einen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor mit verbesserter räumlicher Auflösung, eine Röntgeninspektionsanlage mit einem solchen Detektor sowie Verfahren zur Aufbereitung von mit dem Detektor erfassten Detektordaten.
Hintergrund
Die folgenden einleitenden Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung sollen le diglich ein besseres Verständnis der nachfolgend beschriebenen Zusammenhänge ermöglichen und stellen nur im Umfang des Inhalts eines genannten Dokuments Stand der Technik dar.
Die Diskriminierung von Materialien mittels Dual-Energie-Röntgenradiographie ist bekannt; die grundsätzlichen Überlegungen dazu sind beispielsweise in den folgenden Dokumenten be schrieben: S. Kolkoori et al., „Dual High-Energy X-ray Digital Radiography for Material Discrimi- nation in Cargo Containers", 11 th European Conference on Non Destructive Testing, 2014, Pra- gue, Proceedings; und Polad M. Shikhaliev, „Material Decomposed Cargo Imaging with Dual Energy Megavoltage Radiography“, arXiv: 1709.10406 [physics.ins-det]
Jer Wang CHAN et al, „Wire transferfunction analysis for castellated dual-energy x-ray detec- tors“, APPLIED OPTICS, Band 43, Nummer 35, 10. Dezember 2004, Seiten 6413-6420, zeigt in Figur 1(a) eine Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektorzeile mit pro Bildpunkt jeweils einem hochenergetischen Detektorelement und einem niedrigenergetischen Detektorelement, die in Richtung der zu erfassenden Röntgenstrahlen übereinander angeordnet sind. EP 1 010 021 B1 zeigt eine Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektorzeile, bei der eine Zeile mit hochenergetischen Detektorelementen und eine Zeile mit niedrigenergetischen Detektorelementen in Abtastrich tung so hintereinander angeordnet sind, dass die beiden Zeilen einfallende Röntgenstrahlen voneinander unabhängig erfassen können.
Bei Röntgeninspektionsanlagen, bei denen ein Inspektionsobjekt mit einer vorbestimmten Transportgeschwindigkeit durch eine Abtastanordnung, die aus einer quer zur Transportrich tung angeordneten Detektorzeile und einen auf die Detektorzeile gerichtete Röntgenstrahlenfä- eher besteht, für eine zeilenweise Abtastung des Inspektionsobjekts durch den Röntgenstrah lenfächer hindurchgeführt wird, ist die Auflösung eines dabei erzeugten Röntgenbildes im We sentlichen von der Fläche der einzelnen jeweils einem Bildpunkt (Pixel) entsprechenden Detek torelemente und deren Anzahl pro Längeneinheit oder pro Flächeneinheit der Detektorzeile so wie dem Verhältnis aus Auslesefrequenz der Detektorelemente und Transportgeschwindigkeit des Inspektionsobjekts in Transportrichtung bestimmt.
Da bei der Dual-Energie-Röntgenradiographie je Bildpunkt jeweils ein niedrigenergetisches und ein hochenergetisches Detektorelement benötigt werden, benötigt man für den gesamten De tektor entsprechend die doppelte Anzahl der für die gewünschte räumliche Auflösung erforderli chen Detektorelemente. Daher haben Dual-Energie-Detektoren bereits entsprechend höhere Systemkosten. Um eine höhere räumliche Auflösung beim erzeugten Röntgenbild zu erhalten, könnte die Anzahl der Detektorelemente pro Längen- oder Flächeneinheit entsprechend erhöht werden. Dies führt jedoch zu einer entsprechenden Erhöhung der Systemkosten für den Detek tor sowie, da die Erhöhung der Dichte der Detektorelemente eine entsprechende Verringerung der Fläche jedes Detektorelements erfordert, einer Verschlechterung des Signal-Rausch-Ver- hältnisses bei den erfassten Detektordaten.
Als Alternative zur Erhöhung der Anzahl der Detektorelemente könnte bei den oben genannten Röntgeninspektionsanlagen die räumliche Auflösung des Röntgenbilds in der der Transportrich tung entsprechenden Abtastrichtung durch eine verringerte Transportgeschwindigkeit oder eine erhöhte Auslesefrequenz erreicht werden. Ersteres wirkt sich nachteilig auf den Durchsatz der an der Röntgeninspektionsanlagen kontrollierten Inspektionsobjekte aus, zweiteres verschlech tert wieder das Signal-Rausch-Verhältnis.
US 8433 036 B2 zeigt Verfahren, Systeme und Detektoranordnungen zum Abtasten eines sich in einer ersten Richtung bewegenden Objekts, wobei ein erster Detektorbereich mit einer Dicke von mindestens 2 mm und ein zweiter Detektorbereich mit einer Dicke von mindestens 5 mm vorgesehen sind, wobei der zweite Detektorbereich so angeordnet ist, dass er Strahlung emp fängt, die durch den ersten Detektorbereich hindurchgegangen ist.
US 9 329 301 B2 zeigt eine Strahlungsdetektionsvorrichtung für eine Fremdkörperinspektion unter Verwendung eines Subtraktionsverfahrens, wobei ein erster Strahlungsdetektor Strahlung in einem ersten Energiebereich detektiert, die durch eine Probe hindurchgeht, und ein zweiter Strahlungsdetektor Strahlung in einem zweiten Energiebereich detektiert, die höher ist als die Strahlung im ersten Energiebereich, und wobei die Dicke einer ersten Szintillatorschicht des ersten Strahlungsdetektors kleiner ist als die Dicke einer zweiten Szintillatorschicht des zweiten Strahlungsdetektors, und wobei eine erste Fläche jedes Pixels in einem ersten Pixelabschnitt des ersten Strahlungsdetektors kleiner ist als eine zweite Fläche jedes Pixels in einem zweiten Pixelabschnitt des zweiten Strahlungsdetektors.
US 10 386 502 B2 zeigt einen Dual-Energie-Detektor und ein Strahlungsprüfsystem. Der Dual- Energie-Detektor umfasst: eine Detektormodulhalterung und eine Vielzahl von Detektormodu len. Ein Detektormodul umfasst ein Detektorfeld mit höherer Energie und ein Detektorfeld mit niedrigerer Energie, die nebeneinander auf der Detektormodulhalterung angeordnet sind, um unabhängig voneinander bestrahlt zu werden.
US 2019/0 179 038 A1 zeigt einen Röntgenbildsensor mit zwei oder mehreren Energieberei chen, der als nebeneinander angeordnete Pixelarrays auf einem planaren und monolithischen Halbleitersubstrat als Teil eines Röntgenobjektdetektors implementiert ist. Jedes Pixelarray in dieser monolithischen Side-by-Side-Anordnung ist so ausgelegt, dass es auf einen bestimmten Röntgenenergiebereich oder ein bestimmtes Röntgenspektrum anspricht.
Zusammenfassung
Es ist eine mögliche Aufgabe, einen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor bzw. eine Röntgeninspektionsanlage mit einem solchen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor vorzu schlagen, mit dem bzw. bei der eine höhere räumliche Auflösung bei den erzeugten Röntgenbil dern erreicht werden kann.
Bevorzugt sollte dazu die Anzahl der Detektorelemente des Detektors pro Längen- bzw. Flä cheneinheit nicht erhöht und/oder die Abtastgeschwindigkeit des Inspektionsobjekts durch die Röntgeninspektionsanlage nicht reduziert werden.
Beispielsweise wäre es eine Verbesserung für einen Dual-Energie-Detektor, wenn bei gleich bleibender Anzahl von (zumindest hochenergetische Röntgenstrahlen erfassenden, kurz „hoch energetischen“) Hi(gh)- und (zumindest niederenergetische Röntgenstrahlen erfassenden, kurz „niedrigenergetischen“) Lo(w)-Detektorelementen aus den mit dem Detektor erfassten Detektor daten ein Röntgenbild mit einer höheren räumlichen Auflösung in der Bildrichtung orthogonal zu und/oder längst der Abtastrichtung abgeleitet werden kann.
Die oben genannte Aufgabe kann mit den Merkmalen des Anspruchs 1 betreffend einen Dual- Energie-Röntgenstrahlendetektor gelöst werden. Weitere Ausführungsbeispiele und Weiterbil dungen sind in den sich anschließenden abhängigen Ansprüchen definiert. Der Erfinder hat erkannt, dass ein definierter effektiver Versatz zwischen den sich noch überlap penden Wirkflächen der Hi(gh)-Detektorelemente einer Hi-Detektorzeile und der Lo(w)-Detekto- relemente einer Lo-Detektorzeile, von denen bei einem konventionellen Dual-Energie-Röntgen- detektor jeweils ein Hi- und ein Lo-Detektorelement genau ein und demselben Bildpunkt zuge ordnet sind, sich vorteilhaft für eine Verbesserung der räumlichen Auflösung nutzen lässt. Der effektive Versatz kann in Richtung der Detektorzeile und/oder orthogonal zur Detektorzeile ein gerichtet sein; die jeweiligen damit erreichbaren Möglichkeiten sind weiter unten erläutert. Die räumliche Auflösung des Detektors kann so ohne Erhöhung der Gesamtanzahl der Detektorele mente entsprechend in Richtung der Detektorzeile und/oder orthogonal zu der Detektorzeile vergrößert werden.
Es sei angemerkt, dass „effektiver Versatz“ im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenba rung bedeuten soll, dass der Versatz nicht nur als ein tatsächlicher örtlicher Versatz zwischen den Wrkflächen der Hi-Detektorelemente der Hi-Detektorzeile und der Lo- Detektorelemente der Lo-Detektorzeile sondern alternativ oder zusätzlich durch eine gezielte Ausrichtung des Detek tors bestehend aus der Hi-Detektorzeile und der Lo-Detektorzeile, die dazu zueinander nicht örtlich versetzten sein müssen, gegenüber den im Betrieb auf den Detektor gerichteten Rönt genstrahlen bewirkt werden kann. Selbstverständlich können diese Maßnahmen auch kombi niert zum Einsatz kommen.
Der Kerngedanke des hier vorgeschlagenen zellenförmigen Dual-Energie-Röntgenstrahlende- tektors besteht darin, den Detektoraufbau so auszugestalten und/oder die Detektorzeilen des Detektors zueinander und gegenüber der Röntgenstrahlenquelle so anzuordnen, dass im Be trieb mit Bezug auf den Strahlengang der von einer Röntgenstrahlenquelle auf den Detektor ausgesandten Röntgenstrahlen die Projektionen der Hi-Detektorelemente der Hi-Detektorzeile und der Lo-Detektorelemente der Lo-Detektorzeile in Richtung eines Referenzröntgenstrahls sich überlappend zueinander versetzt sind; der „Referenzröntgenstrahl“ kann z.B. der Röntgen strahl sein, der durch den Flächenschwerpunkt der Detektorzeile oder eines Referenzdetekto relements der Detektorzeile verläuft; als Referenzdetektorelement kann ein Detektorelement in der Mitte der Detektorzeile verwendet werden, dass somit im Wesentlichen zu allen Rändern der Detektorzeile einen annähernd gleichen Abstand hat. Im Ergebnis sind bei dem neuen De tektor in den (für die Ableitung eines zugehörigen Röntgenbildes auszuwertenden) erfassten Dual-Energie-Detektordaten gegenüber denjenigen eines Detektors mit der konventionellen An ordnung und Ausrichtung zum Röntgenstrahlengenerator oder Referenzröntgenstrahl Pärchen aus Hi- und Lo-Detektordaten nicht mehr 1 :1, d.h. ausschließlich genau einem Bildpunkt, zuord enbar. D.h., an der Stelle eines Lo-Detektorelements fehlt ein eindeutig 1 :1 zuordenbares Hi- Detektorelement und umgekehrt. Unter „Flächenschwerpunkt der Detektorzeile“ sei hier der geometrische Schwerpunkt der von den Wirkflächen eines Typs der Detektorelemente gebildeten geometrischen Figur verstanden, deren Flächenschwerpunkt der Mittelung aller Punkte innerhalb dieser Figur entspricht. Den Flächenschwerpunkt der Detektorzeile oder des Referenzdetektorelements der Detektorzeile kann man bei den in der Praxis üblicherweise eine Rechteckform aufweisenden Detektorzeilen als Kreuzpunkt der die Wrkfläche der Detektorzeile in Längs- und Breitenrichtung halbierenden Geraden ermitteln oder allgemein mathematisch durch Integration berechnen.
Der Erfinder hat erkannt, dass die aufgrund des effektiven Versatzes der nicht mehr 1:1 einan der zuordenbaren Hi- und Lo-Detektorelemente fehlenden Detektordaten für jedes einzelne re ale Detektordatum eines Typs mit für diese Stelle berechneten virtuelle Detektordaten des an deren Typs ergänzt werden können. D.h., basierend auf dem vorbestimmten effektiven überlap penden Versatz zwischen den Hi-Detektorelementen der Hi-Detektorzeile und den Lo-Detekto- relementen der Lo-Detektorzeile können für die Stellen der fehlenden Detektorelemente als Er satz virtuelle Detektordaten mit einer hinreichenden Genauigkeit berechnet werden. Die Be rechnung hat sich als überraschend gut implementierbar und die von den realen und virtuellen Detektordaten abgeleiteten Röntgenbilder als eine praxistaugliche Verbesserung herausgestellt.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein zellenförmiger Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor (im Folgenden kurz Detektor genannt) zur Verwendung in einer Röntgeninspektionsanlage (bei spielsweise eine Röntgeninspektionsanlage gemäß dem unten beschrieben zweiten Aspekt), die zur Durchführung eines Verfahren zur Dual-Energie-Röntgenradiographie eines Inspektions objekts eingerichtet ist, bereitgestellt.
In Zusammenhang mit dem hier vorgeschlagenen Detektor sei unter „zellenförmig“ zunächst verstanden, dass der Detektor für eine Erfassung von Detektordaten für eine Vielzahl von Bild punkten in Längsrichtung des Detektors und für eine geringere Anzahl von Bildpunkten, aber mindestens für einen Bildpunkt, orthogonal zur Längsrichtung eingerichtet ist. In der einfachsten Ausführung weist der Detektor damit zwei Detektorzeilen mit jeweils einer gleichen Anzahl von Hi(gh)- und Lo(w)-Detektorelementen in Längsrichtung auf, die orthogonal dazu jeweils ein ein ziges Hi- und ein einziges Lo-Detektorelement aufweisen. Grundsätzlich kann der Detektor in der Richtung orthogonal zur Längsrichtung auch mehrere Hi- und Lo-Detektorelemente aufwei sen; die hier vorgeschlagenen Prinzipien sind dann entsprechend anwendbar.
Der hier vorgeschlagene zellenförmige Detektor weist mindestens auf: Eine erste Detektorzeile mit ersten Detektorelementen und eine dazu parallel angeordnete zweite Detektorzeile mit zweiten Detektorelementen. Die Detektorzeilen sind konfiguriert, auf das Spektrum zu erfassen- der Röntgenstrahlen unterschiedlich spektral selektiv anzusprechen. Die Detektorzeilen sind zu einander in Zeilenrichtung parallel angeordnet. Die Detektorzeilen sind in Richtung der zu erfas senden Röntgenstrahlen so hintereinander angeordnet, dass die Projektion der ersten und der zweiten Detektorzeilen in Richtung eines der zu erfassenden Röntgenstrahlen als Referenzrönt genstrahl sich überlappend zueinander versetzt sind. Die Projektion der ersten und der zweiten Detektorzeilen kann in Richtung eines der zu erfassenden Röntgenstrahlen, der durch den Flä chenschwerpunkt eines Referenzdetektorelements der ersten oder der zweiten Detektorzeile verläuft, erfolgen. Der Referenzröntgenstrahl kann der durch den Flächenschwerpunkt der Ge samtheit der Wirkflächen der Detektorelemente der in Bezug auf die zu erfassenden Röntgen strahlen vordersten Detektorzeile verlaufende Röntgenstrahl sein oder der durch den Flächen schwerpunkt der Wrkflächen eines Referenzdetektorelements der in Bezug auf die zu erfassen den Röntgenstrahlen vordersten Detektorzeile verlaufende Röntgenstrahl sein.
Die erste Detektorzeile kann zugehörige erste oder Lo(w)-Detektorelemente zum primären Er fassen niedrigenergetischer Röntgenstrahlen und die zweite Detektorzeile zugehörige zweite oder Hi(gh)-Detektorelemente zum primären Erfassen hochenergetischer Röntgenstrahlen auf weisen.
Die Lo- und die Hi-Detektorelemente können konfiguriert sein, jeweilige zugehörige Lo-Detek- tordaten oder Hi-Detektordaten zu erzeugen. Grundsätzlich könnten die Lo- und die Hi-Detekto- relemente im Wesentlichen gleich sein, bereits deshalb, weil ein Lo-Detektorelement üblicher weise näher an der Röntgenstrahlenquelle liegt, und daher mehr niederenergetische Quanten absorbiert als ein darunterliegendes Hi-Detektorelement. Damit ergibt sich bereits durch die Übereinander-Anordnung eine (wenn auch kleine) Aufspaltung der Röntgenspektren, welche die Lo- und Hi-Detektorelemente erfassen. Für eine Verstärkung der Aufspaltung kann zusätz lich zwischen den ersten und zweiten Detektorelementen ein Filtermaterial zur Aufhärtung (d.h. Filterung der niedrigenergetischen Röntgenstrahlen) angeordnet sein.
In einer ersten Ausführung sind die erste Detektorzeile und die zweite Detektorzeile in der Zei lenrichtung um einen ersten (örtlichen) Versatz zueinander versetzt. Mit dieser ersten Ausfüh rung kann eine Erhöhung der räumlichen Auflösung der abzuleitenden Röntgenbilder in Zeilen richtung (d.h. quer zur Abtastrichtung) erreicht werden.
In einer zweiten Ausführung sind die erste Detektorzeile und die zweite Detektorzeile orthogo nal zu der Zeilenrichtung um einen zweiten (örtlichen) Versatz zueinander versetzt. Mit der zweiten Ausführung kann eine Erhöhung der räumlichen Auflösung der abzuleitenden Röntgen bilder orthogonal zur Zeilenrichtung (d.h. in Abtastrichtung) erreicht werden. Im Ergebnis kann mit der zweiten Ausführung die räumliche Auflösung der abzuleitenden Röntgenbilder in Abtast richtung erhöht werden, ohne die Transportgeschwindigkeit bzw. das Verhältnis aus Transport geschwindigkeit und Abtastfrequenz für das Inspektionsobjekt reduzieren zu müssen. In einer alternativen Anwendung der zweiten Ausführung kann bei gleichbleibender räumlicher Auflö sung des abgeleiteten Röntgenbilds die Transportgeschwindigkeit bzw. das Verhältnis aus Transportgeschwindigkeit und Abtastfrequenz für das Inspektionsobjekt und entsprechend der Durchsatz an der Röntgeninspektionsanlage entsprechend erhöht werden. Auch Kombinationen beider Wirkungen sind bei entsprechender Konfiguration möglich.
Die erste und die zweite Ausführung können alternativ oder sich ergänzend, d.h. gleichzeitig zur Anwendung kommen.
Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungen, bei der die erste und die zweite Detektorzeile gegeneinander (örtlich) versetzt angeordnet wer den, können in einer dritten Ausführung die erste und die zweite Detektorzeile auch mit Bezug auf den Referenzröntgenstrahl um einen entsprechenden Neigungswinkel geneigt werden, um den effektiven Versatz zu erreichen.
Der gewünschte effektive Versatz kann auf diese Wese auch mit einem konventionellen Detek tor erreicht werden, bei dem die ersten und die zweiten Detektorelemente eindeutig 1:1 zuord enbar - also nicht örtlich zueinander versetzt - angeordnet sind. Es ist natürlich möglich die dritte Ausführung in Kombination mit der ersten und/oder der zweiten Ausführung zu nutzen, um damit die Wirkung der jeweils anderen Ausführung zu erreichen; d.h. die dritte Ausführung kann verwendet werden, um die Wirkung sowohl der ersten als auch der zweiten Ausführung zu er reichen.
Zur dritten Ausführung sei Folgendes angemerkt: Bei dem konventionellen Detektor sind die erste und die zweite Detektorzeile üblicherweise so hintereinander angeordnet, dass eine Ver bindungslinie zwischen einem Lo-Detektorelement und dem zugehörigen Hi-Detektorelement genau auf den Brennfleck des zugehörigen auf den Detektor ausgerichteten Röntgenstrahlen generators zeigt. Da die hintereinander angeordneten Lo- und Hi- Detektorelemente vom Rönt genstrahlengenerator aus gesehen einen vorbestimmten Abstand (z.B. von ca. 1 cm) zueinan der haben, kann der ganze Detektor einfach um einen geeigneten Neigungswinkel (beispiels weise um 5°-6°) mit Bezug auf den Referenzröntgenstrahl in Richtung der Längsrichtung des Detektors und/oder orthogonal dazu geneigt werden. Durch diese Neigung des Detektors ver läuft die Verbindungslinie zwischen den Flächenschwerpunkten eines Paars aus einem Hi- und einem Lo-Detektorelement am Röntgenstrahlengenerator vorbei. Beispielsweise kann bei einer Neigung in Längsrichtung des Detektors die Neigung besonders so eingestellt werden, dass die Verbindungslinie zwischen dem Flächenschwerpunkt eines Lo- Detektorelements und der Lücke zwischen zwei benachbarten Hi-Detektorelementen auf den Röntgenstrahlengenerator zeigt.
Beispielsweise kann bei einer Neigung orthogonal zur Längsrichtung des Detektors die Neigung besonders so eingestellt werden, dass die Verbindungslinie zwischen dem Flächenschwerpunkt eines Lo-Detektorelements und dem Rand eines dahinter liegenden Hi-Detektorelementen auf den Röntgenstrahlengenerator zeigt.
Somit kann mit der dritten Ausführung grundsätzlich der gleiche Effekt (daher „effektiver Ver satz“) erzeugt werden, wie mit dem linearen (örtlichen) Versatz der ersten und zweiten Detek torzeile in Längsrichtung des Detektors und/oder orthogonal zur Längsrichtung zueinander.
Im Ergebnis kann mit der vorstehend erläuterten ersten, zweiten und dritten Ausführung ein be liebiger benötigter effektiver Versatz zwischen den ersten und zweiten Detektorelementen er reicht werden, um einen der oben beschriebenen Wirkungen oder eine Kombination davon zu erreichen.
Besonders kann mit allen drei Ausführungen oder Kombinationen davon der effektive Versatz so eingestellt werden, dass im Betrieb bei aus einem realen und einem berechneten virtuellen Detektorelement gebildeten Detektorpaaren die Verbindungslinie durch die zugehörigen Flä chenschwerpunkte der beiden Detektorelemente auf den Röntgenstrahlengenerator ausgerich tet ist, d.h. auf den Brennfleck des Generators fokussiert ist.
An dieser Stelle sei für die folgende Beschreibung angemerkt, dass in der Praxis eine I-, L- oder U-förmige Detektorzeile in einer Röntgeninspektionsanlage aus einer Vielzahl von einzelnen zellenförmigen Detektoren gebildet sein kann, die jeweils individuell mit Bezug auf einen Refe renzröntgenstrahl auf den jeweils zugeordneten Röntgengenerator der Anlage ausgerichtet sind. Daher sind die Projektionen der ersten und zweiten Detektorzeilen entlang des Referenz röntgenstrahls bei der dritten Ausführung in der Praxis zumindest an den Detektorzeilenenden aufgrund der Geometrie bereits gegeneinander verschoben (um ca. 14-15%). Daher empfiehlt es sich, dass der Überlapp zwischen den Detektorelementen der ersten und der zweiten Detek torzeile maximal 80% und mindestens 20% beträgt.
Die ersten Detektorelemente und die zweiten Detektorelemente können im Wesentlichen in der Richtung der zu erfassenden Röntgenstrahlen eine gleiche Querschnittsform und eine gleiche Querschnittsfläche (Wirkfläche) aufweisen. Mit anderen Worten können ein erstes Detektorele ment und ein zweites Detektorelement für eine konventionelle Anordnung hintereinander ange ordnet zur Deckung gebracht werden.
Unter der „Wrkfläche“ eines Detektorelements sei hier die effektive Fläche des Detektorele ments verstanden, auf die in bestimmungsgemäßer Anordnung die zu erfassenden Röntgen strahlen, die das Inspektionsobjekt durchlaufen haben, einfallen.
Die ersten Detektorelemente und die zweiten Detektorelemente weisen in Zeilenrichtung jeweils eine Länge und orthogonal dazu eine Breite auf.
In einer besonders bevorzugten ersten Ausführung entspricht der erste Versatz in Zeilenrich tung der halben Länge der ersten und zweiten Detektorelemente. Im Ergebnis wird mit der be vorzugten ersten Ausführung ein Detektor mit der doppelten räumlichen Auflösung in Zeilenrich tung bereitgestellt.
In einer besonders bevorzugten zweiten Ausführung bestimmt sich der zweite Versatz basie rend auf der Auslesefrequenz f in [1/s] für das Auslesen der Detektordaten aus den Detektorele menten und der Transportgeschwindigkeit b in cm/s eines Inspektionsobjekts gegenüber dem Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor gemäß der Formel (1):
Dz = (m b) / (2 f) (1), wobei m eine ungerade ganze Zahl (m=1, 3, 5, 7, ...) ist.
Im Ergebnis wird mit der bevorzugten zweiten Ausführung ein Detektor mit der doppelten räum lichen Auflösung senkrecht zur Zeilenrichtung bei unverändertem Verhältnis aus Transportge schwindigkeit des Inspektionsobjekts vorbei an dem Detektor und Auslesefrequenz der Detekto relemente bereitgestellt. Alternativ könnte bei einem Detektor gemäß der bevorzugten zweiten Ausführung die Abtastgeschwindigkeit für Inspektionsobjekte in der Röntgeninspektionsanlage mit dem Detektor bei gleichbleibender räumlicher Auflösung entsprechend verringert, ggf. hal biert, werden. D.h. mit dem Aufbau gemäß der zweiten bevorzugten Ausführung sind wahlweise höhere Bandgeschwindigkeiten bei gleichbleibender Bildqualität oder eine verbesserte Ortsauf lösung bei gleichbleibender Bandgeschwindigkeit möglich. Im Prinzip kann das Verhältnis aus Bandlaufgeschwindigkeit zu Abtastfrequenz nach Bedarf eingestellt werden. Lässt man bei der besonders bevorzugten zweiten Ausführung die Bandlaufgeschwindigkeit und die Abtastfre quenz gleich, wird die räumliche Auflösung mit dem neuen Detektor verbesset. Wird die Band geschwindigkeit konstant gehalten und die Abtastfrequenz verringert, dann bleibt die Auflösung unverändert, aber das Signal-zu-Rausch-Verhältnis wird verbessert, sodass beispielsweise feine Strukturen, wie dünne Drähte, besser im Röntgenbild aufgelöst werden. Wird die Abtast frequenz gleich gehalten und die Bandgeschwindigkeit erhöht, bleibt die Auflösung ebenfalls unverändert, aber der Durchsatz an Inspektionsobjekten pro Zeiteinheit an der Anlage wird er höht. Die bevorzugte zweite Ausführung bietet damit eine besonders hohe Flexibilität, mit der Anlagen für verschiedene Anforderungen ausgelegt werden können.
Ohne Versatz der Detektoren legt ein Gepäckstück zwischen zwei Auslesevorgängen auf dem Förderband eine Strecke von As = b / f zurück und es werden aus den gemessenen Werten L01, Hii, LO2, Hi2, Lon, Hin, ... , LoN, HiN Wertepaare der Form ((L01, Hii), (Lo2, Hi2), ... , (LoN, HiN)) er zeugt.
Bei einem Versatz Az = (m b) / (2 f) und m = 1 kann die räumliche Auflösung, wie oben be schrieben, in Förderrichtung verdoppelt werden, da Zwischenwerte im Abstand As/2 erzeugt werden. Die Wertepaare sind in diesem Fall der Form ((L01, vHii), (vLoi, Hii), (Lo2, vHi2), (vLo2, Hi2) ... , (LON, VHIN), (VLON, HIN)). Bei halber Bandlaufgeschwindigkeit (oder doppelter Auslesefre quenz) halbiert sich As und das führt bei gleichem Versatz Az dazu, dass zwar immer noch De tektordaten in der Reihenfolge L01, Hii, Lo2, Hi2, Lon, Hin, ... , LON, HIN erzeugt werden, jetzt aber L01 und Hi2 räumlich deckungsgleich sind. Die gemessenen Werte können nun dementspre chend, beispielsweise der Form ((Lo2, Hii), (L03, Hi2), ... , (LON, HΪN-I)) kombiniert werden, so- dass man auf eine Berechnung von Zwischenwerten verzichten kann. D.h., bei einem derarti gen Einsatz der bevorzugten zweiten Ausführung kann durch die geschickte Kombination aus räumlichen Versatz der Detektorelemente orthogonal zur Zeilenrichtung und dem Verhältnis aus Auslesefrequenz und Bandgeschwindigkeit der räumlicher Versatz zwischen zugehörigen ers ten und zweiten Detektordaten aufgrund der seriellen Auslesung kompensiert werden.
We bereits festgestellt, können (je nach Zielrichtung) die beiden besonders bevorzugten Aus führungen unabhängig voneinander oder in Kombination eingesetzt werden. We ebenfalls oben angemerkt, kann die dritte Ausführung alternativ oder ergänzend zur ersten und/oder zweiten Ausführung mit entsprechend den oben erläuterten Auswirkungen und Einsatzmöglichkeiten verwendet werden.
In der besonders bevorzugten ersten oder entsprechend dritten Ausführung sind also die hoch energetischen Hi- und niedrigenergetischen Lo-Detektorelemente gegenüber der konventionel len Anordnung effektiv um ein halbes Detektorelement verschoben. In der alternativen oder zu sätzlichen bevorzugten zweiten oder entsprechenden dritten Ausführung können das Verhältnis aus Auslesefrequenz und Bandgeschwindigkeit und entsprechend dazu passend der effektive Versatz in Transport- oder Abtastrichtung wie oben angemerkt nach Bedarf eingestellt werden. Obwohl die Hi- und die Lo-Detektorelemente konfiguriert sind, unterschiedlich (spektral selektiv) auf die einfallenden zu erfassenden Röntgenstrahlen anzusprechen, können aufgrund des defi nierten effektiven Versatzes der Hi- und Lo-Detektorelemente in Zeilenrichtung und/oder ortho gonal zur Zeilenrichtung, sowie des bekannten Verhältnisses aus Auslesefrequenz und Band geschwindigkeit bei Bedarf die zu einem realen Lo-Detektorelement fehlenden Hi-Detektordaten als virtuelle Hi-Detektordaten basierend auf den erfassten benachbarten realen Hi- und/oder re alen Lo-Detektordaten berechnet werden. Möglichkeiten für ein konkretes Vorgehen werden weiter unten im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß des dritten Aspekts zur Aufberei tung von mit dem Detektor des ersten Aspekts gewonnenen ersten und zweiten Detektordaten erläutert.
Hinsichtlich der Realisierung der ersten Detektorelemente und der zweiten Detektorelemente sei angemerkt: Prinzipiell können die ersten und zweiten Detektorelemente in an sich bekannter Weise für die benötigte spektrale Selektivität für ein Spektrum verwendeter Röntgenstrahlen aufgebaut sein. Beispielsweise können die ersten und zweiten Detektorelemente jeweils eine Fotodiode aufweisen, vor der in Bezug auf die einfallenden, zu erfassenden Röntgenstrahlen ein Szintillatormaterial angeordnet ist. Das Szintillatormaterial kann zur Einstellung der benötig ten spektral-selektiven Empfindlichkeit für Röntgenstrahlen des verwendeten Spektrums ausge wählt sein und/oder in der von der Röntgenstrahlung zu durchlaufenden Dicke entsprechend di mensioniert sein. Beispielsweise können als Szintillatormaterialien YAG (Yttrium Aluminium Granat), YGAG (Yttrium-Gadolinium-Aluminium-Granat), GOS (Gadoliniumoxysulfid) oder phy sikalisch mit Röntgenstrahlung ähnlich wirkende Materialien verwendet werden. Für einen nied rigenergetischen Szintillator werden bevorzugt Schichtdicken in der Größenordnung kleiner 1 mm und für einen hochenergetischen Szintillator bevorzugt zweite Schichtdicken in der Grö ßenordnung größer 1 mm eingestellt. Die von den einfallenden Röntgenstrahlen im jeweiligen Szintillatormaterial erzeugten Lichtquanten werden von der zugehörigen Fotodiode erfasst und in eine Ausgangsspannung umgewandelt, die von dem Zeitintervall, nach dessen Ablauf das von der Fotodiode erzeugte Ausgangssignal jeweils ausgelesen wird, abhängt. Die auf diese Weise regelmäßig ausgelesenen Ausgangssignale entsprechen den zughörigen Detektordaten.
Zwischen den ersten Detektorelemente als Lo-Detektorelemente und den zweiten Detektorele ment kann zusätzlich ein Filter zur Aufhärtung der einfallenden Röntgenstrahlen, beispielsweise aus Kupfer, Titan, Aluminium oder dergleichen, angeordnet sein, der niederenergetische Rönt genstrahlen besonders stark abschwächt, sodass die zweiten Detektorelemente überwiegend von hochenergetischen Röntgenstrahlen erreicht werden und damit Hi-Detektorelemente sind. Die ersten und die zweiten Detektorelemente können zur Bildung des hier vorgeschlagenen De tektors auf derselben Seite eines Trägers gemäß einer der genannten ersten und zweiten Aus führung oder einer Kombination davon angeordnet sein. Alternativ können sich die ersten De tektorelemente auf der einen Seite des Trägers und die zweiten Detektorelement auf der an dern Seiten des Trägers befinden. Als Träger kann beispielsweise eine Schaltungsplatine (PCB, printed Circuit board) verwendet werden, auf der sich die Leiterbahnen und ggf. funktionale Elektronik zur Kontaktierung und Auslesung der Detektorelemente befinden.
Im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau bekannter Dual-Energie-Detektoren werden mit dem hier vorgeschlagenen vorbestimmten effektiven überlappenden Versatz zwischen den in Rich tung der zu erfassenden Röntgenstrahlen hintereinander liegenden Hi- und Lo-Detektorelemen- ten bei gleichen Systemkosten zahlreiche Vorteile erzielt.
Der hier vorgeschlagene Dual-Energie-Detektor erreicht eine höhere räumliche Auflösung, ohne die Anzahl der Hi- und Lo-Detektorelemente pro Längeneinheit oder Flächeneinheit erhöhen zu müssen.
Der hier vorgeschlagene Dual-Energie-Detektor hat im Vergleich zu einem Aufbau mit Detekto relementen mit einer kleineren Wirkfläche zur Erhöhung der Anzahl der Hi- und Lo-Detektorele- mente pro Längeneinheit oder Flächeneinheit ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis.
Der hier vorgeschlagene Dual-Energie-Detektor besitzt eine besondere Einfachheit. Es sind grundsätzlich keine umfangreichen Änderungen an bestehenden Detektoren notwendig, um das Konzept in die Praxis umzusetzen. Im Prinzip müssen die Hi- und Lo-Detektorelemente um den gewünschten vorbestimmten effektiven überlappenden relativen Versatz, beispielsweise bevor zugt um eine halbe Länge und/oder Breite eines Detektorelements verschoben werden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Röntgeninspektionsanlage mit dem zellenförmigen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor (Detektor) gemäß dem ersten Aspekt be reit.
Die Röntgeninspektionsanlage ist für einen Transport eines Inspektionsobjekts in einer Trans portrichtung durch die Inspektionsanlage eingerichtet. Die Zeilenrichtung des Dual-Energie- Röntgenstrahlendetektors ist bevorzugt orthogonal zu der Transportrichtung angeordnet, so- dass die Transportrichtung der Abtastrichtung für das Inspektionsobjekt entspricht. Die Röntgeninspektionsanlage stellt erfasste erste Detektordaten in Form von Lo-Detektordaten und zweite Detektordaten in Form von Hi-Detektordaten des Inspektionsobjekts bereit. Mit der Röntgeninspektionsanlage des zweiten Aspekts kann eine bildgebende Dual-Energie- Röntgenradiographie für eine zerstörungsfreie Inspektion des Inspektionsobjekts durchgeführt und das Inspektionsobjekt beschreibende Lo- und Hi- Detektordaten bereitgestellt werden. Die Lo- und Hi-Detektordaten basieren auf dem Erfassen der das Inspektionsobjekt durchdringenden Röntgenstrahlen mit dem Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor des ersten Aspekts. Dazu wird das Inspektionsobjekt mit einer vorbestimmten oder wahlweise eingestellten Transportgeschwindigkeit durch eine Abtastanordnung, bestehend aus dem orthogonal zur Transportrichtung angeordneten zellenförmigen Detektor und einem auf die Detektorzeile ausgerichteten Röntgenstrahlenfächer, für die entsprechende zeilenweise Abtastung mit einer ebenfalls vorbestimmten oder wahlweise eingestellten Auslesefrequenz der Detektorelemente durch den Röntgenstrahlenfächer hindurchgeführt. Wie oben mehrfach angemerkt, kann dazu das Verhältnis aus Bandgeschwindigkeit und Auslesefrequenz sinnvoll nach Bedarf (hoher Durchsatz oder höhere räumliche Auflösung) eingestellt werden.
Für die folgende Beschreibung werden die mit dem Detektor erfassten und bereit gestellten Detektordaten über eine Ortsvariable n, die in Zeilenrichtung des Detektors beginnend an einem Ende verläuft, indiziert. Die ersten Detektorelemente, d.h. die Lo-Detektorelemente, erfassen erste reale Detektordaten, d.h. reale Lo- Detektordaten L01, L02, Lon, ... , LON des Inspektionsobjekts, wobei 1<n<N gilt und N die Anzahl der Lo-Detektorelemente in Zeilenrichtung des Detektors ist. Die zweiten Detektorelement, d.h. die Hi-Detektorelemente, erfassen entsprechende zweite reale Detektordaten, d.h. reale Hi-Detektordaten Hii, H12, H , ... , HIN des Inspektionsobjekts, wobei ebenfalls 1<n<N gilt und N die Anzahl der Detektorelemente in Zeilenrichtung des Detektors ist.
Der Erfinder hat weiter gefunden, dass eine ähnliche Auswirkung auf die erzielte räumliche Auflösung oder das Verhältnis aus Transportgeschwindigkeit und Auslesefrequenz der Detektorelemente, wie sie mit der zweiten oder entsprechenden dritten Ausführung des Detektors gemäß dem ersten Aspekt auch bei einer Röntgeninspektionsanlage mit einem konventionellen Detektor vermittels eines bestimmten Auslesemusters für die Hi- and Lo-Detektordaten an dem konventionellen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor erzielt werden kann. D.h., das nachstehende Ausleseverfahren verwendet einen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektorzeile mit pro Bildpunkt jeweils einem hochenergetischen Hi-Detektorelement und einem niedrigenergetischen Lo-Detektorelement, die in Richtung der zu erfassenden Röntgenstrahlen im Wesentlichen deckungsgleich übereinander angeordnet sind.
Zur genauen Beschreibung des Ausleseverfahrens werden die real ausgelesenen Hi- und Lo- Detektordaten der ersten und zweiten Detektorzeile wie oben bereits erläutert indiziert: Hi oder Lo stehen für ein jeweiliges Hi- oder Lo-Detektordatum mit der Ortsvariablen n=1 , 2, 3, .... N für die jeweilige Position des zugehörigen Detektorelements in der Detektorzeile, wobei 1<n<N gilt und N die Anzahl der Detektorelemente des zugehörigen Typs (Hi oder Lo) in der Zeilenrich tung ist.
Der Erfinder hat gefunden, dass mit einer Auslesereihenfolge, bei der zunächst alle Detektorel emente eines Typs (Hi oder Lo) entlang der Ortsvariablen n und anschließend alle anderen De tektorelemente des anderen Typs entlang der Ortsvariablen n ausgelesen werden, also zu nächst alle Hi-Detektordaten Hii, Hh, H , .... HIN, und dann alle Lo-Detektordaten L01 , L02, L03, .... LON (oder umgekehrt) dasselbe Ergebnis erreicht werden kann, wie es mit der Verschiebung der ersten und der zweiten Detektorzeile zueinander gemäß der zweiten Ausführung erreicht werden kann. Damit ist das vorstehende Ausleseverfahren eine äquivalente Software- Lösung zur Hardware-Lösung mit effektiv zueinander überlappend versetzten Hi- und Lo- Detektorele menten gemäß der zweiten und/oder entsprechend konfigurierten dritten Ausführung des ersten Aspekts.
Somit betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Ausleseverfahren für Hi- and Lo-Detektorelemente eines Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors und ebenso eine Röntgeninspektionsanlage mit den Merkmalen der Röntgeninspektionsanlage des zweiten As pektes aber dem nachfolgend beschriebenen konventionellen Detektor, der wenigstens eine Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektorzeile mit pro Bildpunkt jeweils einem hochenergetischen Hi-Detektorelement und einem niedrigenergetischen Lo-Detektorelement, die in Richtung der zu erfassenden Röntgenstrahlen im Wesentlichen deckungsgleich (1:1) übereinander angeordnet sind, wobei die auszulesenden Hi- und Lo-Detektordaten der Detektorzeile definiert sind als Hin oder Lon für ein jeweiliges Hi- oder Lo-Detektordatum mit der Ortsvariablen n=1 , 2, 3, .... N für die jeweilige Position des zugehörigen Detektorelements in der Detektorzeile, wobei 1<n<N gilt und N die jeweilige Anzahl der Hi- und Lo-Detektorelemente in der Zeilenrichtung ist, wobei das Ausleseverfahren aufweist: Auslesen der Hi- und Lo-Detektorelemente derart, dass zunächst alle Detektorelemente eines Typs entlang der Ortsvariablen n und anschließend alle anderen Detektorelemente des anderen Typs entlang der Ortsvariablen n ausgelesen werden.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung der von der Röntgeninspektionsanlage des zweiten Aspekts oder der vorstehend beschriebenen Röntgeninspektionsanlage mit konventionellem Detektor und dem vorstehend beschriebenen Ausleseverfahren bereitgestellten Lo-Detektordaten und Hi-Detektordaten, damit aus den auf bereiteten Detektordaten ein Röntgenbild mit einer verbesserten räumlichen Auflösung abgelei tet werden kann. Wie hier bereits angemerkt, besteht bei den mit dem Detektor des ersten Aspekts oder der Röntgeninspektionsanlage des zweiten Aspekts oder einer Röntgeninspektionsanlage mit kon ventionellem Detektor und dem vorstehend beschriebenen Ausleseverfahren erfassten Hi- und Lo-Detektordaten für einzelne Bildpunkte kein unmittelbarer 1:1 Zusammenhang mehr. Der Er finder hat jedoch gefunden, dass sich aufgrund des vorbestimmten überlappenden Versatzes zwischen den Hi- und Lo-Detektorelementen, beispielsweise das zu einem realen Lo-Detekto- relement fehlende Hi-Detektordatum als virtuelles Hi-Detektordatum und entsprechend zu ei nem realen Hi-Detektorelement das dazu fehlende Lo- Detektordatum als virtuelles Lo-Detek- tordatum berechnen lässt.
Das Verfahren des dritten Aspekts weist grundsätzlich auf: Berechnen eines jeweiligen virtuel len Lo-Detektordatums an der Position eines realen Hi-Detektorelement. Es versteht sich, dass alternativ oder ergänzend auch ein jeweiliges virtuelles Hi-Detektordatum an der Position eines realen Lo-Detektorelements berechnet werden kann.
Beispielsweise kann das Berechnen eines virtuellen Lo-Detektordatums an der Position eines realen Hi-Detektorelements aufweisen: Berechnen des virtuellen Lo-Detektordatums basierend auf einer bestimmten ersten Anzahl benachbarter realer Lo-Detektordaten und einer bestimm ten zweiten Anzahl benachbarter realer Hi-Detektordaten. Entsprechend kann das alternative Berechnen eines virtuellen Hi-Detektordatums an der Position eines realen Lo- Detektorele ments aufweisen: Berechnen eines virtuellen Hi-Detektordatums basierend auf einer bestimm ten ersten Anzahl benachbarter realer Hi-Detektordaten und einer bestimmte zweiten Anzahl benachbarter realer Lo-Detektordaten.
Der Erfinder hat gefunden, dass für die Berechnung der virtuellen Hi- und/oder Lo-Detektorda- ten verschiedenen Ansätze möglich sind, die allein oder in Kombination zur Anwendung kom men können.
Beispielsweise kann ein virtuelles Lo- oder Hi-Detektordatum basierend auf einem Mittelwert oder Median aus benachbarten Hi- und/oder Lo-Detektordaten berechnet werden. Beispiels weise kann das zu einem Lo-Detektorelement fehlenden Hi-Detektordatum als virtuelles Hi-De- tektordatum gemäß eines ersten Ansatzes wie folgt berechnet werden: Basierend auf einer be stimmten ersten Anzahl (z.B. zwei) unmittelbar benachbarter realer Hi-Detektordaten (d.h. z.B. den Detektordaten der beiden Hi-Detektorelemente, die mit dem Lo-Detektorelement überlap pen, also in der Zeile links und rechts dazu benachbart sind) und einer bestimmte zweiten An zahl (z.B. drei) nächster realer Lo-Detektordaten (d.h. z.B. den Detektordaten des betrachteten Lo-Detektorelements sowie der beiden dazu links und rechts benachbarten Lo-Detektorelemen- ten). Beispielsweise kann ein virtuelles Lo- Detektordatum unter Berücksichtigung des Verlaufs der Werte der Hi-Detektordaten berechnet werden und/oder ein virtuelles Hi-Detektordatum unter Berücksichtigung des Verlaufs der Werte der Lo-Detektordaten berechnet werden.
Die vorstehend genannten Ansätze können mittels eines Algorithmus zum maschinellen Lernen implementiert werden. Beispielsweise können die virtuellen Hi- oder Lo-Detektordaten basierend auf den bereitgestellten Lo- und Hi-Detektordaten unter Verwendung eines Deep-Learn- ing-Algorithmus erzeugt werden.
Der Erfinder hat überraschender Weise gefunden, dass sich für die Berechnung der virtuellen Detektordaten ein Ansatz aus dem Bereich der Aufbereitung der Bilddaten eines digitalen Bildsensors mit einem sogenannten Bayer-Farbfilter eignet. Bei einem optischen Bildsensor mit Bayer-Farbfilter können die an der Stelle eines Bildpunktes fehlenden Farbinformationen mittels eines sogenannten Demosaicking-Algorithmus (d.h. einem Algorithmus zur Mosaikentfernung) berechnet werden. Ein solcher Algorithmus ist beispielsweise beschrieben in: „Color filter array demosaicking using high-order Interpolation techniques with a weighted median filter for Sharp color edge preservation“ von J. S. J. Li und S. Randhawa, IEEE Transactions on image Processing, Vol. 18, No. 9, September 2009; zur Bezugnahme wird das Dokument im Folgenden mit Li/Randahawa abgekürzt und sein Inhalt durch Bezugnahme aufgenommen.
Bei einem Bildsensor mit Bayer-Farbfilter sind die Filterelemente für die Grundfarben Rot, Grün und Blau des Farbfilters als sogenannte Bayer-Matrix (oder Bayer-Muster) angeordnet (vgl. Fig. 1 in Li/Randahawa), in der die einzelnen Farbfilter schachbrettartig angeordnet sind, wobei 50% der Filterelemente Grün und je 25% der Filterelemente Rot und Blau sind. Die „Bayer-Matrix“ und das „Bayer-Filter“ sind nach ihrem Erfinder Bryce E. Bayer benannt und beispielsweise in US 3 971 065 A beschrieben.
Zur Anwendung dieses Ansatzes werden die mit dem Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor des ersten Aspekts erfassten und bereit gestellten Detektordaten über die o.g. Ortsvariable n, die in Zeilenrichtung des Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor beginnend an einem Ende verläuft, derart indiziert, dass die Lo-Detektorelemente reale Lo-Detektordaten L01, L02, ... , Lon, ... , LON des Inspektionsobjekts erfassen und die Hi-Detektorelemente entsprechende reale Hi-De- tektordaten Hii, H12, ... , Hin, ... , HIN des Inspektionsobjekts erfassen, wobei 1<n<N gilt und N jeweils die Anzahl der Hi- und Lo-Detektorelemente in Zeilenrichtung des Dual-Energie-Röntgen- strahlendetektor ist.
Die realen Hi- und Lo-Detektorelemente des Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors werden paarweise in der Reihenfolge Hii, L01, Hb, L02, ... , Hin, Lon, ... , HIN, LON ausgelesen, wobei mehrere derart ausgelesenen Reihenfolgen eine zweidimensionale Hi/Lo-Matrix bilden. Je nachdem, wie der Versatz in Bezug auf die Ausleserichtung der Detektorelemente tatsächlich umgesetzt wurde, kann die obige Reihenfolge auch mit dem Element L01 beginnen und dann mit dem Element HIN enden.
Der virtuellen Hi- und/oder Lo- Detektordaten können unter Verwendung eines angepassten De- mosaicking-Algorithmus, beispielsweise dem in Li/Randhawa beschriebenen Algorithmus, berechnet werden.
Zur geeigneten Anpassung des Demosaicking-Algorithmus, beispielsweise des in Li/Randhawa beschriebene Algorithmus, wird zunächst das dem dort beschriebenen Algorithmus zugrunde liegende drei Farben aufweisende Bayer-Muster auf ein zweifarbiges Schachbrett-Muster reduziert und die eine Farbe des Schachbretts den Hi-Detektordaten und die andere Farbe des Schachbretts den Lo-Detektordaten zugeordnet.
Anschließend wird der auf das Schachbrett-Muster angepasste Demosaicking-Algorithmus entsprechend auf die um 45° gedrehte zweidimensionale Hi/Lo-Matrix mit den erfassten realen Hi- und Lo-Detektordaten angewendet, um jeweils zu einem realen Detektordatum zugehöriges virtuelles Detektordatum zu berechnen.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Verarbeitungsvorrichtung zur Aufbereitung der von der Röntgeninspektionsanlage des zweiten Aspekts bereitgestellter Lo-Detek- tordaten L01, L02, L03, ... , LON und Hi-Detektordaten Hii, H12, H , ... , HIN, wobei die Verarbeitungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens des dritten Aspekts eingerichtet ist.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein System bestehend aus einer Röntgeninspektionsanlage des zweiten Aspekts und der Verarbeitungsvorrichtung des vierten Aspekts, wobei die Röntgeninspektionsanlage zur Bereitstellung der Hi- und Lo-Detektordaten basierend auf der Abtastung eines Inspektionsobjekts an die Verarbeitungsvorrichtung eingerichtet ist und dazu mit der Verarbeitungsvorrichtung für eine entsprechende Datenkommunikation verbunden ist.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Computerprogrammprodukt , das Softwaremittel zur Durchführung eines Verfahrens des dritten Aspekts aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, wie beispielsweise der Verarbeitungsvorrichtung des vierten Aspekts, ausgeführt wird. D.h., ein Computerprogrammprodukt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Com puterprog ram m s durch einen Computer, insbesondere einer Verarbeitungsvorrichtung (300) gemäß dem vierten Aspekt, diesen veranlassen, das Verfahren nach dem dritten Aspekt auszuführen. Ein siebter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen computerlesbaren Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt des sechsten Aspekts.
Ein achter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen Datenstrom mit elektronisch les baren Steuersignalen, die mit einem programmierbaren Computer derart interagieren können, dass, wenn der Computer die elektronisch lesbaren Steuersignale ausführt, der Computer ein Verfahren des dritten Aspekts durchführt. D.h., ein Datenträgersignal das das Computerpro grammprodukt des sechsten Aspekts überträgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der her vorgeschlagenen Lösung(en) ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf Zeichnungen Ausführungs beispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Be schreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination wesent lich sein. Ebenso können die vorstehend genannten und die hier weiter ausführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen verse hen. Die in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwendeten Begriffe „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf die Zeichnungen in einer Ausrichtung mit normal lesbarer Figurenbezeichnung oder normal lesbaren Bezugszeichen. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließend zu verstehen, sondern haben beispielhaften Charakter zur Erläuterung der hier vorgeschlagenen Lösung. Die detaillierte Beschreibung dient der Information des Fachmanns, daher werden bei der Beschreibung bekannte Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt oder erläutert, um das Verständnis der Beschreibung nicht zu erschweren.
Figur 1a ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus eines konventi- onellen Dual-Energie-Detektors.
Figur 1b ist eine Querschnittansicht des Schnitts durch die xy-Ebene des Detektors der Figur 1a.
Figur 2a ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der ersten Ausführung des hier vorgeschlage nen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors.
Figur 2b ist eine Querschnittansicht des Schnitts durch die xy-Ebene des Detektors der Figur 2a. Figure 2c ist eine seitliche Darstellung eines Detektors gemäß der ersten Ausführung mit zu einander beabstandeter erster und zweiter Detektorzeile.
Figur 3 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus eines zweiten Ausführungsbeispiels basierend auf der zweiten Ausführung des hier vorge schlagenen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors.
Figur 4 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus eines dritten Ausführungsbeispiels basierend auf einer Kombination der ersten und der zweiten Ausführung des hier vorgeschlagenen Dual-Energie-Röntgenstrahlen- detektors. Figur 5 ist eine seitliche Darstellung eines geneigten Detektors gemäß einem Ausfüh rungsbeispiels der dritten Ausführung, bei dem ein effektiver Versatz erreicht wird, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der ersten Ausführung, dass in der Figur 2c veranschaulicht ist.
Figur 6 ist eine vereinfachte Seitenansicht einer Röntgeninspektionsanlage mit einem hier vorgeschlagenen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor, wie beispiels weise einem Detektor der Figuren 2a-5.
Figur 7 veranschaulicht die Auslesesituationen der Detektordaten bei einem Detektor der Figuren 1a und 1b als Referenz (Fig.7 oben) und der Figuren 2a und 2b (oder 5) gemäß der ersten Ausführung (Fig. 7 unten). Figur 8 veranschaulicht die Auslesesituationen der Detektordaten bei einem Detektor der Figuren 1a und 1b als Referenz (Fig. 8 oben) und der Figur 3 mit einem Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor gemäß der zweiten Ausführung (Fig. 8 unten).
Figur 9 veranschaulicht die Auslesesituationen der Detektordaten bei einem Detektor der Figuren 1 a und 1 b als Referenz (Fig. 9 oben) und, wie eine Auslesesituation ähnlich zu der in der Figur 8 gezeigten Darstellung bei einem Detektor der Figur 1 vermittels einer modifizierten Auslesereihenfolge der Hi- und Lo-Detektorele- mente erreicht werden kann (Fig. 9 unten).
Figur 10 veranschaulicht die Auslesesituationen der Detektordaten bei einem Detektor der Figuren 1a und 1b als Referenz (Fig. 10 oben) sowie der Figur 3 als zweite Referenz (Fig. 10 Mitte) und zusätzlich der Figur 3 (Fig. 10 unten) mit einem Versatz der Pixel in z-Richtung dem doppelten Versatz dessen aus Figur 8 ent spricht.
Figuren 11-13 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel für einen Ansatz zur Aufbereitung der mit einem hier vorgeschlagenen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor er fassten Detektordaten basierend auf einem Demosaicing-Algorithmus.
Figuren 14-17 veranschaulichen Verfahren zur Verarbeitung und Aufbereitung von mit den in den Figuren 1a-5 gezeigten Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektoren erfassten realen Detektordaten zur zusätzlichen Bereitstellung benötigter virtueller Detek tordaten.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Dual-Energie-Röntgenradiographie basiert darauf, dass der Schwächungskoeffizient eine Materialeigenschaft des durchstrahlen Materials ist. Mittels Abtasten eines Inspektionsobjekts mittels Röntgenstrahlen gelangt man zunächst zu einem Graustufenbild, bei dem der Grauwert eines Bildpunkts der jeweiligen gemessenen Intensität der Röntgenstrahlen entspricht. Durch einen Vergleich der Intensität der verwendeten Röntgenstrahlen mit der an dem Bildpunkt ge messenen Intensität kann der Schwächungskoeffizient des dort durchstrahlten Materials ermit telt werden. Der Schwächungskoeffizient ist eine Funktion der Kernladungszahl und der Dichte des durchstrahlten Materials sowie der ursprünglichen Energie der verwendeten Röntgenstrah len. Wird das Inspektionsobjekt zweimal spektral selektiv abgetastet, z.B. mit spektral unter schiedlichen Röntgenenergien, kann die Abhängigkeit von der Materialdichte aus den zugehöri gen Gleichungen eliminiert werden.
Um die benötigten zwei spektral selektiven Messungen gleichzeitig durchzuführen, haben sich sogenannte Dual-Energie-Detektoren mit einem Aufbau, der im Wesentlichen zwei spektral se lektive Energiekanäle aufweist, etabliert. Ein solcher Detektor stellt damit gleichzeitig von hoch energetischen Röntgenstrahlen verursachte Hi(gh)-Detektordaten und von niederenergetischen Röntgenstrahlen verursachte Lo(w)-Detektordaten eines durchstrahlten Inspektionsobjekts be reit. Mit dem Größenunterschied zwischen den Lo- und den Hi-Detektordaten kann für jeden, einem Detektorelement entsprechenden Bildpunkt (Pixel), auf die Kernladungszahl (auch Atom zahl, Ordnungszahl) des dort durchstrahlten Materials bzw. die effektive Kernladungszahl der dort durchstrahlten Materialien in einem Inspektionsobjekt rückgeschlossen werden.
Organische Materialien haben weitestgehend eine Kernladungszahl von etwa 10 oder weniger und metallische Materialien eine Kernladungszahl von über 10. Die Materialien in einem Inspek tionsobjekt können damit entsprechend der ermittelten effektiven Ordnungszahl klassifiziert und zur optischen Materialdiskriminierung die Pixel in einem angezeigten Röntgenbild entsprechend eingefärbt werden. Dieses Prinzip wird beispielsweise bei der visuellen Auswertung von Rönt genbildern von Gepäck an Flughafenkontrollstellen eingesetzt, indem an Inspektionsanlagen dem Bedienpersonal in angezeigten Röntgenbildern zur optischen Materialdiskriminierung Bild punkte mit überwiegend organischen Verbindungen orange, mit überwiegend metallischem Ma terial blau und mit einer Mischung aus organisch und metallisch grün eingefärbt werden.
Der nachfolgenden Beschreibung der Figuren 1a bis 6 sei vorausgeschickt, dass in den Figuren zur Orientierung und gegenseitigen Bezugnahme ein xyz-Koordinatensystem angetragen ist. Gemäß dem jeweils angetragenen xyz-Koordinatensystem verläuft die Längsrichtung der dar gestellten Detektorzeilen immer in x-Richtung, während die Richtung von auf die Detektorele mente einfallenden zu erfassenden Röntgenstrahlen RX (vereinfacht als Pfeilbündel dargestellt) in y-Richtung und bei Verwendung der Detektorzeilen eine der Abtastrichtung entsprechende Richtung orthogonal zur Detektorzeile in z-Richtung verläuft. Die Abtastrichtung entspricht übli cherweise der Transportrichtung TD eines Inspektionsobjekts vorbei an der Detektorzeile und durch eine Röntgeninspektionsanlage (wie sie der in Figur 6 vereinfacht dargestellt ist). D.h., die Längsrichtung (x-Richtung) des hiervorgeschlagenen Detektors ist üblicherweise in der An wendung quer zu der Abtastrichtung (z-Richtung) angeordnet.
Es sei angemerkt, dass die hier verwendetet Darstellung des Detektors eine Vereinfachung ge genüber der in der Praxis üblicherweise eingesetzten U- oder L-förmigen Detektorzeilen ist. Bei einer U- oder L-förmigen Detektorzeile und einem darauf ausgerichteten fächerförmigen Rönt genstrahlenfächer verläuft die Detektorzeile nicht ausschließlich in der Transportebene der In spektionsobjekte. Aber die Schenkel der Detektorzeile verlaufen immer orthogonal zu den er fassten Röntgenstrahlen und ebenfalls orthogonal zur Transport- oder Abtastrichtung z. Damit sind die hier ausgeführten Überlegungen für eine I-förmige lediglich in derxz-Ebene verlau fende Detektorzeile auf die in der Praxis eingesetzten U- und L-förmigen Detektorzeilen prob lemlos übertragbar.
Die Figuren 1a und 1b veranschaulichen den Aufbau eines konventionellen Dual-Energie-Rönt- genstrahlendetektors 1 (nachfolgend kurz Detektor 1) in Form eines Ausschnitts aus einer De tektorzeile 2. Figur 1a ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Detektors 1 und Fi gur 1b ist, zur Veranschaulichung des Aufbaus, eine Projektion eines Detektors 1 der Figur 1a auf die xy-Ebene.
Die Detektorzeile 2 besteht aus nebeneinander angeordneten Dual-Energie-Detektorelementen 3; aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur vier solcher Elemente gezeigt, wobei die Anzahl in der Realität üblicherweise höher (z.B. 1.000) ist. Jedes Detektorelementen 3 besteht dazu je weils aus niederenergetischen Lo(w)-Detektorelementen 4 und hochenergetischen Hi(gh)-De- tektorelementen 5, die in Bezug auf zu erfassende Röntgenstrahlung RX sandwichartig mit ei ner dazwischen liegenden Filterschicht 6 (z.B. aus Kupfer) übereinander angeordnet sind. Wäh rend der Abtastung eines Inspektionsobjekts erzeugen die Lo- Detektorelemente 4 Lo-Detektor- daten, die hauptsächlich auf niederenergetische Röntgenstrahlen RX zurückgehen, während die Hi-Detektorelemente 5 Hi-Detektordaten erzeugen, die auf energiereiche Röntgenstrahlen RX zurückgehen. Der Detektor 1 besitzt damit wenigstens zwei Ausgangskanäle: einen, an dem die Hi-Detektordaten bereitgestellt werden, und einen, an dem die Lo- Detektordaten bereitge stellt werden.
Die Wirkfläche A4 der Lo-Detektorelemente 4 und die Wirkfläche A5 der Hi-Detektorelemente 5 sind im Wesentlichen gleich groß. Die Wirkflächen der Lo-Detektorelementen 4 und der Hi-De- tektorelemente 5 haben in Zeilenrichtung (d.h. Längsrichtung der Detektorzeile 2) eine Länge L und orthogonal dazu eine Breite W.
Beispielsweise kann die Wirkfläche eines Detektorelements 0,8 mm (Länge L in Zeilenrichtung) mal 0,8 mm (Breite W quer zur Zeilenrichtung) betragen. Eine typische Detektorzeile kann bei spielsweise insgesamt in Zeilenrichtung 80 cm betragen, sodass die Zeile ungefähr aus 1.000 Detektorelementen besteht. Grundsätzlich sind die Maße der Detektorelemente in einem tech nisch sinnvollen Bereich und die Länge der Detektorzeile frei wählbar.
Die Detektorzeile 2 ist im Einsatz üblicherweise quer zu einer Transportrichtung TD für ein In spektionsobjekt angeordnet, damit das Inspektionsobjekt zeilenweise mit den Röntgenstrahlen RX abgetastet werden kann. Der Detektor 1 kann grundsätzlich aus mehreren Detektorzeilen 2 bestehen. D.h., mit dem Detektor 1 der Figuren 1a und 1b können mittels einer einzigen zeilen weisen Abtastung eines Inspektionsobjekts gleichzeitig ein auf der Durchstrahlung mit nieder energetischen Röntgenstrahlen basierendes Niedrigenergie-Röntgenbild und ein auf der Durch strahlung mit hochenergetischen Röntgenstrahlen basierendes Hochenergie-Röntgenbild er fasst werden.
Figur 1b veranschaulicht zusätzlich die mittels der einzelnen Detektorelemente 4 und 5 bereit gestellten realen Hi-Detektordaten Hii, Hh, H , .... HIN und Lo- Detektordaten L01, L02, L03, .... LON. Zur genauen Beschreibung der in der nachstehenden Beschreibung erläuterten Aufberei tungsverfahren für die realen Detektordaten sowie der zugehörigen Ausleseverfahren sind die real ausgelesenen Hi- und Lo- Detektordaten entlang der Detektorzeile 2 indiziert: Hi oder Lo klassifiziert ein jeweiliges Hi- oder Lo-Detektordatum indiziert mit der Ortsvariablen n=1, 2, ....,
N für die jeweilige Position des zugehörigen Detektorelements in der Detektorzeile 2, wobei 1<n<N gilt und N die Anzahl der Detektorelemente des zugehörigen Typs (Hi oder Lo) in der Zeilenrichtung ist. In dem stark vereinfachten Beispiel der Figur 1b gilt N=8, d.h. die Detektor zeile 2 besteht aus 8 entlang der Detektorzeile angeordneten Hi-Detektorelementen und Lo-De- tektorelementen.
Die übliche Auslesung zur Bereitstellung der mit dem Detektor 1 erfassten Hi- und Lo-Detektor- daten ist jeweils im linken Teil der Figuren 6-8 in Laufrichtung der Ortsvariablen n entlang der Detektorzeile und über der Zeit t veranschaulicht.
Die Figuren 2a-4 zeigen jeweils ein bestimmten Ausführungsbeispiel des hier vorgeschlagenen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor 100, der im Wesentlichen jeweils aus einer ersten De tektorzeile 110 mit ersten Detektorelementen 111 und einer dazu parallel angeordneten zweiten Detektorzeile 120 mit zweiten Detektorelementen 122 besteht. In allen Ausführungsbeispielen sind die beiden Detektorzeilen 110 und 120 konfiguriert, auf ein Spektrum der zu erfassenden Röntgenstrahlen RX unterschiedlich spektral selektiv anzusprechen. Dazu sind in der ersten Detektorzeile 110 zugehörige erste Detektorelemente 111 in Form von Lo-Detektorelementen zum primären Erfassen niedrigenergetischer Röntgenstrahlen nebeneinander angeordnet und in der zweiten Detektorzeile 120 zugehörige zweite Detektorelemente 122 in Form von Hi-De- tektorelementen zum primären Erfassen hochenergetischer Röntgenstrahlen nebeneinander angeordnet. Grundsätzlich sind gemäß der hier vorgeschlagenen Verbesserung die beiden De tektorzeilen 110 und 120 zueinander in Zeilenrichtung parallel angeordnet und in der Richtung der zu erfassenden Röntgenstrahlen RX so hintereinander angeordnet, dass die Detektorzeilen 110 und 120 sich überlappend zueinander versetzt sind.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen hat jedes Hi- und jedes Lo-Detektorelement in Zeilen richtung also Längsrichtung des Detektors 100 dieselbe Länge L und orthogonal dazu dieselbe Breite W. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Längen LHI und Li_0 sowie die Breiten WH, und WLo gleich groß, d.h. die Wirkflächen der Hi- und Lo-Detektorelemente 111 und 122 sind gleich groß.
Figur 2a zeigt eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels basierend auf der ersten Ausführung des hier vorgeschlagenen Dual-Energie-Röntgenstrahlen- detektors 100 zur Veranschaulichung des prinzipiellen Aufbaus. Figur 2b ist eine Querschnittan sicht durch die xy-Ebene eines Detektors 100, wie er ausschnittsweise in der Figur 2a darge stellt ist. In den Figuren 2a und 2b sind die erste Detektorzeile 110 und die zweite Detektorzeile 120 in der Zeilenrichtung um einen ersten Versatz Dc zueinander versetzt angeordnet. Der Versatz Dc entspricht im gezeigten Ausführungsbeispiel genau der halben Länge L, d.h. Ax=L/2.
Figur 2b veranschaulicht (ähnlich wie in der Figur 1b) die mittels der einzelnen Detektorele mente 111 und 122 bereitgestellten realen Hi-Detektordaten Hii, HL, Hh, .... HIN und Lo-Detek- tordaten L01, L02, L03, .... LON. Zur genauen Beschreibung der in der nachstehenden Beschrei bung erläuterten Aufbereitungsverfahren für die realen Detektordaten sowie der zugehörigen Ausleseverfahren sind die real ausgelesenen Hi- und Lo-Detektordaten entlang der Detektor zeile wie in der Figur 1b indiziert. Hi oder Lo klassifiziert ein jeweiliges Hi- oder Lo-Detektorda- tum indiziert mit der Ortsvariablen n=1, 2, ...., N für die jeweilige Position des zugehörigen De tektorelements in der Detektorzeile 2, wobei 1<n<N gilt und N die Anzahl der Detektorelemente des zugehörigen Typs (Hi oder Lo) in der Zeilenrichtung ist. In der stark vereinfachten Darstel lung der Figur 2b gilt N=8, d.h. die Detektorzeile besteht aus 8 entlang der Detektorzeile ange ordneten Hi-Detektorelementen und Lo-Detektorelementen.
In der ersten Detektorzeile 110 ist ein Lo-Detektorelement 115 gezeigt, das ein Lo-Detektorda- tum L04 bereitstellt. Im Unterschied zu den Detektorzeilen 1 der Figuren 1a und 1b gibt es je doch zum Lo-Detektorelement 115 kein zugehöriges Hi-Detektorelement. Zur Lösung wird hier vorgeschlagen aus den vorhandenen Hi- und Lo-Detektordaten das zum Lo-Detektordatum L04 fehlende Hi-Detektordatum in Form eines virtuellen Detektordatums vHL zu berechnen.
Wie bereits erläutert hat der Erfinder gefunden, dass für die Berechnung der virtuellen Hi-Detek- tordaten vHi# und Lo-Detektordaten vLo# verschiedenen Ansätze möglich sind, die allein oder in Kombination zur Anwendung kommen können.
Beispielsweise kann in einem besonders einfachen Ansatz ein virtuelles Lo-Detektordatum vLo# oder Hi-Detektordatum vHi# basierend auf dem Mittelwert oder Median benachbarter Hi- und/oder Lo-Detektordaten berechnet werden. Beispielsweise kann das zu dem realen Detek tordatum L04, das von dem Lo-Detektorelement 113 erfasst und bereitgestellt wird, fehlende Hi- Detektordatum als virtuelles Hi-Detektordatum vHL wie folgt berechnet werden:
Basierend auf zwei als eine bestimmte erste Anzahl unmittelbar benachbarten realen Hi-Detek- tordaten HL und HL, d.h. den Detektordaten der beiden Hi-Detektorelemente 123 und 127, die sich mit dem betrachteten Lo-Detektorelement 115 überlappen, also in der Zeile links und rechts dazu benachbart sind, und den drei als eine bestimmte zweite Anzahl nächster realer Lo- Detektordaten L03, L04 und L05, d.h. den Detektordaten des betrachteten Lo-Detektorelements 115 sowie der beiden dazu links und rechts benachbarten Lo-Detektorelemente 113 und 117, kann das virtuelle Hi- Detektordatum vHL berechnet werden.
Damit kann bei der Berechnung des virtuellen Hi-Detektordatum vHL der Verlauf der Werte der Lo-Detektordaten, vermittels der Werte L03, L04 und L05 berücksichtigt werden. Die Werte H und HU können gemittelt werden und als Basiswert für das virtuelle Hi-Detektordatum vHU ein- gehen. Dieser Ansatz kann auch als Grundlage für einen Algorithmus zum maschinellen Ler nen, z.B. Deep-Learning-Algorithmus, verwendet werden.
Im Ergebnis kann mit dem Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors 100 des Ausführungsbei spiels der Figuren 2a und 2b eine verdoppelte räumliche Auflösung bei den aus den Detektor daten abgeleiteten Röntgenbildern in Zeilenrichtung des Detektors 100 erreicht werden.
Figur 2c ist eine seitliche Darstellung eines Detektors 100 gemäß der ersten Ausführung, wobei die erste Detektorzeile 110 mit den Lo-Detektorelementen 111 und zweiten Detektorzeile 120 mit den Hi-Detektorelementen 122 zueinander in einem Abstand D (z.B. D = 1 cm) angeordnet sind. Die Detektorzeilen 110 und 120 sind in Zeilenrichtung um den effektiven Versatz Dc zuei nander überlappend versetzt. Die auf den Detektor 100 auftreffenden und die Detektorelemente durchlaufenden Röntgenstrahlen RX verlaufen im Wesentlich orthogonal zu der ersten und der zweiten Detektorzeile 110, 120.
In der Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der zweiten Ausführung des hier vorgeschla genen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors 100 gezeigt. Die erste Detektorzeile 110 und die zweite Detektorzeile 120 sind jetzt orthogonal zu der Zeilenrichtung um einen zweiten Versatz Ay zueinander versetzt angeordnet. Der Versatz Ay entspricht in dem gezeigten Ausführungs beispiel genau der halben Breite W, d.h. Ay=W/2.
Zur Berechnung der fehlenden Detektordaten können, ähnlich wie bei den Figuren 2a und 2b erläutert, die bereitgestellten Detektordaten aufbereitet werden, indem zu jedem realen Detek tordatum Hi# oder Lo# ein zugehöriges virtuelles Detektordatum vLo# oder vHi# berechnet wird.
Im Ergebnis kann mit dem Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors 100 des Ausführungsbei spiels der Figur 3 unter Berücksichtigung des Verhältnisses aus Abtast- oder Bandgeschwindig keit eine Erhöhung der räumlichen Auflösung bei den aus den Detektordaten abgeleiteten Rönt genbildern in Abtastrichtung und/oder eine Erhöhung der Bandgeschwindigkeit erreicht werden.
In der Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer Kombination der ersten Ausführung (Figuren 2a und 2b) und zweiten Ausführung (Figur 3) des hier vorgeschlagenen Dual-Energie-Röntgen- strahlendetektors 100 gezeigt. D.h. die erste Detektorzeile 110 und die zweite Detektorzeile 120 sind in der Zeilenrichtung um den ersten Versatz Dc zueinander versetzt angeordnet, wobei der Versatz Dc der halben Länge L entspricht, d.h. Dc=I_/2. Die erste Detektorzeile 110 und die zweite Detektorzeile 120 sind außerdem orthogonal zur Zeilenrichtung um den zweiten Versatz Ay zueinander versetzt angeordnet, wobei der Versatz Ay in dem gezeigten Ausführungsbei spiel genau der halben Breite W entspricht, d.h. Ay=W/2. Wie an anderer stelle angemerkt, kann L=Wsein. Damit können mit dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 sowohl die Wirkungen der besonders bevorzugten ersten und zweiten Ausführungen, die beispielhaft in den Figuren 2a-3b dargestellt sind, gleichzeitig erreicht werden.
Figur 5 ist eine seitliche Darstellung des konventionellen Detektors 1 der Figur 1, als Beispiel für die Verwendung eines konventionellen Detektors vermittels Anordnung gemäß der dritten Aus führung der vorliegenden Offenbarung zur Erzielung eines effektiven Versatzes. Im strengen Vergleich zur Figur 1 sind als Unterschied die Lo-Detektorelemente 4 und die Hi-Detektorele- mente 5 der Detektorzeile 2 des Detektors 1 zueinander mit einem Abstand D (z.B. D = 1 cm) beabstandet; dies ermöglicht eine gute Vergleichbarkeit mit der Figur 2c.
Bei dem Detektor 1 der Figur 5 gibt es keinen örtlichen Versatz zwischen den 1:1 einander zu geordneten Lo- und Hi-Detektorelementen 4, 5. Ein gewünschter effektive Versatz zwischen den Lo-Detektorelementen 4 und den Hi-Detektorelementen 5 - beispielsweise wie der bei dem Detektor 100 der Figur 2c - kann aber vermittels der dritten Ausführung der vorliegenden Offen barung erreicht werden, indem die Detektorzeile 2 gegenüber den einfallenden Röntgenstrahlen RX um einen Wnkel a geneigt wird. Figur 5 zeigt dazu stark vereinfacht, dass allein vermittels dieser geneigten Anordnung einer konventionellen Detektorzeile 2 gegenüber den darauf einfal lenden Röntgenstrahlen RX, der gewünschte effektive Versatz erreicht werden kann, wie er bei spielsweise bei dem Ausführungsbeispiel für die erste Ausführung der Figur 2c erreicht wird.
Zum besseren Verständnis ist in der Figur 5 eine Normale N, die durch die Mitten der beiden durch die einander zugeordneter Hi- und Lo-Detektorelemente gebildeten Zeilen verläuft, einge tragen. Ebenso ist ein Referenzröntgenstrahl RXref der auf den Detektor 1 einfallenden Rönt genstrahlen RX angetragen, der auf den Punkt des Detektors 1 trifft, durch den die Normale N verläuft. Der Neigungswinkel a ist somit zwischen der Normalen N und dem Referenzröntgen strahl RXref gebildet.
In der Figur 5 ist der Neigungswinkel a so eingestellt, dass sich zwischen den Lo- und Hi-Detek- torelementen 4, 5 der gewünschte effektive Versatz Ax ergibt. Im Beispiel der Figur 5 wird somit effektiv derselbe Versatz erreicht, wie in dem entsprechenden Ausführungsbeispiel der ersten Ausführung in der Figur 2c. Das Prinzip der dritten Ausführung, das somit in der Figur 5 veranschaulicht ist, kann entspre chend auch auf die zweite Ausführung übertagen werden. Ebenso kann die dritte Ausführung mit der ersten und/oder zweiten Ausführung kombiniert werden. Schließlich kann vermittels ent sprechender Neigung des Detektors auch die Wirkung der kombinierten erst und zweiten Aus führung allein vermittels der dritten Ausführung erreicht werden.
Figur 6 zeigt ein System 400, das im Wesentlichen aus einer Röntgeninspektionsanlage 200 und einer Verarbeitungsvorrichtung 300 besteht.
Die stark vereinfacht dargestellte Röntgeninspektionsanlage 200 weist Strahlenschutzvorhänge 202, 204 auf, von denen je einer an einem Eingang 206 und einem Ausgang 208 eines Strah lentunnels 210 der Röntgeninspektionsanlage 200 angeordnet ist. Zwischen den Strahlen schutzvorhängen 202, 204 befindet sich innerhalb des Strahlentunnels 210 ein Strahlungsbe reich 212 mit wenigstens einer Strahlenquelle 214, beispielsweise eine Röntgenröhre mit Kolli mator zur Erzeugung eines Röntgenstrahlenfächers 215, der auf den hier vorgeschlagenen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor 100 ausgerichtet ist. Zum Transport eines Gepäckstü ckes 216 als Inspektionsobjekt in der Transportrichtung TD durch den Strahlentunnel 210 dient eine Transporteinrichtung 218, beispielsweise ein Gleitgurtförderer, der die Inspektionsobjekte in der Transportrichtung TD durch den Strahlungsbereich 212 fördert. Der zellenförmige Detek tor 100 ist L-förmig oder U-förmig und mit seiner Längsrichtung orthogonal zur Transportrich tung TD angeordnet, sodass die Transportrichtung TD der Abtastrichtung des Inspektionsob jekts 216 entspricht.
Die Verarbeitungsvorrichtung 300 ist im Wesentlichen für die Durchführung wenigstens eines der hier vorgeschlagenen Verfahren zur Aufbereitung der mit dem hier vorgeschlagenen Dual- Energie-Röntgenstrahlendetektor erfassten Hi- und Lo-Detektordaten eingerichtet. Der Dual- Energie-Röntgenstrahlendetektor 100 ist beispielsweise einer, wie er in den Figuren 2a-5 ver einfacht gezeigt ist. Die vom Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor 100 bereitgestellten und von der Verarbeitungsvorrichtung 300 aufbereiteten Detektordaten können verwendet werden, um ein basierend auf Materialklassen eingefärbtes Röntgenbild des Inspektionsobjekt 216 zu erzeugen, welches einer Bedienperson auf einem Bildschirm (nicht dargestellt) in an sich be kannter Weise angezeigt wird.
Die Verarbeitungsvorrichtung 300 kann, wie in der Figur 6 dargestellt, Teil einer Steuereinrich tung 220 der Röntgeninspektionsanlage 100 sein. Die Verarbeitungsvorrichtung 300 kann sich grundsätzlich auch völlig getrennt zur Röntgeninspektionsanlage 200 befinden, beispielsweise an einem zentralen Ort, an dem die Rohdetektordaten mehrerer Inspektionsanlagen 200 zu sammenlaufen und dort zentral verarbeitet werden. Dies macht für die vorgeschlagenen Maß nahmen zur Aufbereitung der Detektordaten keinen Unterschied.
Die Verarbeitungseinheit 300 kann auch Teil des Detektors 100 sein, sodass die von dem De tektor 100 erzeugten Detektordaten bereits am Detektor 100 gemäß den hier vorgeschlagenen Maßnahmen aufbereitet werden. Damit kann der hier vorgeschlagene Detektor 100 grundsätz lich kompatibel zu bestehenden Röntgeninspektionsanlagen mit herkömmlichen Detektoreinhei ten gemacht werden. D.h., im Ergebnis könnte bei einer im Übrigen hinreichend baugleichen Röntgeninspektionsanlagen eine Ausführung des hier vorgeschlagenen neuen Detektors 100 mit integrierter Aufbereitung der Detektordaten mit geringeren Systemkosten mit einer gleich bleibenden Bildqualität eingesetzt werden. Alternativ könnte bei nahezu gleichbleibenden Sys temkosten die räumliche Auflösung einer vorhandenen Röntgeninspektionsanlage erhöht wer den.
Mit den Figuren 2b und 7-10 wird nun ein besonders bevorzugter Ansatz zur Aufbereitung der mit einem hier vorgeschlagenen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor 100 bereitgestellten Hi- und Lo-Detektordaten vorgestellt. Grundsätzlich sind für die Berechnung virtueller Detektorda ten für die aufgrund des Versatzes fehlenden Detektorelemente verschiedenste Ansätze denk bar. Die wesentliche Erkenntnis der hervorgeschlagenen Verbesserung liegt in der überlap pend zueinander versetzt angeordneten Hi- und Lo-Detektorelementen des Dual-Energie-Rönt- genstrahlendetektor 100, wie er beispielsweise in den Figuren 2a-5 veranschaulicht ist.
Anhand der Figur 2b wird zunächst die der Aufbereitung der bereitgestellten realen Hi- und Lo- Detektordaten zugrunde liegende Aufgabenstellung verdeutlicht.
Der in der Figur 2a veranschaulichte Detektoraufbau mit zueinander überlappend versetzten Hi- und Lo-Detektorzeilen 110 und 120 führt zu dem Problem, dass nicht mehr jedem realen Lo-De- tektordatum, beispielsweise dem Lo- Detektordatum L04, genau ein Hi-Detektordatum - und um gekehrt - zugeordnet werden kann. Daher muss das jeweilige zu einem bestimmten realen De tektordatum des einen Typs (Hi oder Lo) zugehörige Detektordatum des anderen Typs als virtu elles Detektordatum geeignet durch Berechnung oder in anderer Weise ermittelt ergänzt wer den. In der Figur 2b ist als Beispiel zu dem realen Detektordatum L04 das virtuelle Detektorda tum vHL eingezeichnet.
Unter einem „realen Detektordatum“ wird hier ein tatsächlich mit einem bestimmten an dem De tektor 100 physikalisch vorhandenen Detektorelement erfasster Intensitätswert für gemessenen Röntgenstrahlen verstanden. Unter einem „virtuellen Detektordatum“ wird hier ein für an einer bestimmten Stelle eines an dem Detektor 100 physikalisch fehlenden Detektorelements durch Berechnung oder anderwei tig erzeugter virtueller Intensitätswert verstanden.
Nimmt der Wert eines bestimmten Lo-Detektorelements 111 , beispielsweise das Detektordatum L04, den Wert x an, kann das zugehörige Hi-Detektordatum je nach durchstrahltem Material Werte von x bis x+a annehmen. Für Plastik wäre der Unterschied a sehr klein, d.h. das ge suchte Hi-Detektordatum vHL und das Lo-Detektordatum L04 wären annähernd identisch. Für Stahl wäre der in a gefasste Unterschied erheblich. Genau dieser Umstand wird - wie oben er läutert - für die Materialerkennung mittels Dual-Energie-Radiographie verwendet. D.h., um an einem Ort Stahl von Plastik oder Aluminium unterscheiden zu können, werden für diesen Ort die Information aus dem Hi- und dem Lo-Kanal des Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors 100 benötigt. Könnte von einem Hi-Detektordatum unmittelbar auf den Wert des zugehörigen Lo- Detektordatums geschlossen werden, wären keine zwei unterschiedlich spektral selektiven Messungen nötig.
Der Erfinder hat gefunden, dass an der Stelle eines realen Lo- oder Hi-Detektordatums der zu gehörige fehlende Wert als virtuelles vLo- oder vHi-Detektordatum mit einer hinreichenden Ge nauigkeit ermittelt werden kann. Dabei ist es für die Praxistauglichkeit erstrebenswert, mit mög lichst wenig Rechenleistung ein Ergebnis möglichst nahe an der Realität zu erzielen.
Ein einfacher Ansatz wäre es, z.B. das fehlende reale Hi-Detektordatum zu dem realen Lo-De- tektordatum L04 als Mittelwert der beiden benachbarten realen Hi-Detektordaten HU und His zu berechnen. Dieser simple Ansatz erreicht jedoch nicht die benötigte Genauigkeit.
Der Erfinder hat weiter gefunden, dass der Verlauf der Hi-Detektordaten im Hi-Kanal und der Verlauf der Lo-Detektordaten im Lo-Kanal des Detektors 100 sich ähnlich sind. Mit anderen Worten heißt das, wenn das Signal im Hi-Kanal sinkt, sinkt es unter realen Bedingungen auch im Lo-Kanal und umgekehrt. Je nach durchstrahltem Material stärker oder weniger stark. D.h., der Verlauf der Detektordaten im Lo-Kanal, d.h. der Lo- Detektorzeile 110 kann beim Bestimmen des virtuellen Hi-Detektorwertes vHU genutzt werden. Beispielsweise könnte, wie an anderer Stelle bereits genannt, ein Deep-Learning-Algorithmen verwendet werden, der trainiert wird, um die fehlenden virtuellen Hi- und Lo-Detektordaten zu berechnen.
Bevor hier ein besonders bevorzugter Ansatz im Detail erläutert wird, der sich als überraschend gut implementierbar gezeigt hat und einer geringen Rechenleistung bedarf, um praxistaugliche Ergebnisse zu liefern, werden anhand der Figuren 7-10 gezeigt, wie sich vermittels der ver- schiedenen hier vorgeschlagenen möglichen Konfigurationen des Dual-Energie-Röntgenstrah- lendetektors 100 (wie er in den Figuren 2a-5 gezeigt ist) die angestrebte Verbesserung der räumlichen Auflösung bei den erzeugten Röntgenbildern erreichen lässt.
In den Figuren 7-10 ist jeweils im linken Teil der Figur der zeitliche Ablauf eines Auslesevorgangs an einem stark vereinfachten Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor 100 (kurz Detektor 100) gezeigt, wie er beispielsweise in der Figur 2a gezeigt ist und dessen Hi- und Lo-Detektor- zeilen jeweils nur 4 zugehörige reale Detektorelemente aufweisen. Die realen Hi-Detektorele- mente sind als leere/weiße Kreise und die realen Lo-Detektorelemente als gefüllte/schwarze Kreise dargestellt.
Mit Bezug auf die als Beispiel in der Figur 6 gezeigte Röntgeninspektionsanlage 200 sei die Bereitstellung der realen Hi- und Lo- Detektordaten kurz beschrieben. Das Auslesen des Detektors 100 erfolgt sequenziell. Die von den einzelnen Hi- und Lo-Detektorelemente ausgegebenen realen Detektordaten sind indiziert mit dem Typ Hi oder Lo, die erste Ziffer nach Hi oder Lo ist die Ortsvariable n in der Detektorzeile und die zweite Ziffer ist die sequentielle Nummerierung der erfolgten Auslesungen des Detektors. Beispielsweise ist L032 ein Lo-Detektordatum des 3ten (n=3) Lo-Detektorelements in der 2ten (t=2) Auslesung.
Wie beispielsweise in Figur 6 gezeigt, bewegt sich das Förderband 218 kontinuierlich und transportiert dabei das Inspektionsobjekt 216 kontinuierlich in Transportrichtung TD durch den Röntgenstrahlenfächer 215. Aufgrund der kontinuierlichen Bewegung des Inspektionsobjekts 216 relativ zum Detektor 100 sowie die zeitlich sequenzielle Auslesung der einzelnen Detektorelemente, ergibt sich die jeweilige links in den Figuren 7-10 veranschaulichte Auslesesituation für die realen Hi- und Lo-Detektordaten.
In der oberen Hälfte der Figuren 7-9 und dem oberen Drittel der Figur 10 ist jeweils die Auslesesituation für den konventionellen Detektor 1 veranschaulicht, der in den Figuren 1a und 1b gezeigt ist. Dabei wird das Hi-Detektordatum Hin des ersten Hi-Detektorelements ausgelesen, zeitlich danach das Lo-Detektordatum Lon des ersten Lo-Detektorelements; dann wird das Hi- Detektordatum HΪ21 des zweiten Hi-Detektorelements ausgelesen, zeitlich danach das Lo-De- tektordatum L021 des zweiten Lo-Detektorelements; usw. Ist das Lo-Detektordatum Loni des letzten Lo-Detektorelements ausgelesen, wird wieder beim ersten Hi-Detektorelement angefangen und dort das Hi-Detektordatum H112 ausgelesen.
Der rechte Teil der Figuren 7-10 zeigt jeweils eine zweidimensionale Matrix M#, deren Felder jeweils die erfassten realen Hi- und Lo-Detektordaten zugeordnet sind. Je ein Feld der Matrix M# mit den zugehörigen Detektordaten entspricht einem jeweiligen Bildpunkt eines aus den De- tektordaten abzuleitenden Röntgenbilds. Daher kann man an der Matrix M# der jeweiligen Figu ren 6-9 unmittelbar die erreichte Wirkung der jeweiligen vorgeschlagenen Modifikation des zu gehörigen Detektors 100 auf die räumliche Auflösung des aus den jeweiligen Detektordaten ab geleiteten Röntgenbilds erkennen. Die obere rechte Hälfte eines jeden Bildes mit der vermittels des konventionellen Detektors 1 der Figuren 1a und 1b bereitgestellten Matrix MO dient als Re ferenz für die Matrizen M6-M10 der Figuren 7-10.
Die kontinuierliche Bewegung des Inspektionsobjekts beim Abtasten als auch das sequenzielle Auslesen der realen Detektorelemente führt effektiv bei den einzelnen Detektordaten zugeord neten Bildpunkten eines Röntgenbilds sowohl zu einem zeitlichen Versatz zwischen zwei be nachbarten Auslesevorgängen als auch zu einem räumlichen Versatz. In den Matrizen MO und M6-M10 der rechten Teile der Figuren 7-10 ist dieser effektive Versatz nicht mehr dargestellt, wäre aber in einem zugehörigen Röntgenbild noch sichtbar, würde er nicht standardmäßig durch entsprechendes Verschieben der einzelnen Bildzeilen zueinander wieder kompensiert werden.
Nun wird mit Bezug auf den oberen Abschnitt der Figur 7 die Auslesesituation bei einem Detek tor 100 gemäß der ersten Ausführung der Figuren 2a und 2b veranschaulicht. An dem Detektor 100 ist die Hi-Detektorzeile zur Lo-Detektorzeile in Zeilenrichtung und damit senkrecht zur Transportrichtung TD (Figur 6) um einen Versatz Dc, der einer halben Länge L eines Detektorel ements entspricht, überlappend versetzt. Die realen Hi- und Lo-Detektordaten werden in dersel ben Reihenfolge, wie beim Detektor 1 (obere Hälfte der Figur 7), ausgelesen. Die Auslesesitua tion der Figur 7 zeigt, dass jetzt nicht mehr jedem realen Hi-Detektordatum ein Lo-Detektorda- tum und umgekehrt zugeordnet werden kann.
Anhand der Matrix M6 der Figur 7 ist im Vergleich zur Matrix MO derselben Figur erkennbar, dass die Auflösung in Richtung der Detektorzeile, d.h. senkrecht zur Bandlaufrichtung oder Ab tastrichtung verbessert, nämlich verdoppelt ist.
Die Konfiguration der Detektorzeile 100 und die Auslesesituation der Figur 7 ist für die Praxis interessant, wenn die räumliche Auflösung der aus den Detektordaten abgeleiteten Röntgenbil der in Zeilenrichtung des Detektors 100 (d.h. orthogonal zur Transportrichtung oder Abtastrich tung) erhöht werden soll. Die Auflösung in diese Dimension der Röntgenbilder kann nicht ein fach durch eine höhere Auslesefrequenz erreicht werden. Die einzige Alternative wäre, mehr und kleinere Detektorelemente einzusetzen, wobei sich dann die Kosten pro Detektor erhöhen und das Rauschen in den Detektordaten ansteigt, mithin sich das Signal/Rauschen-Verhältnis verschlechtert. Die Figur 8 zeigt die Auslesesituation für einen Detektor 100 gemäß der zweiten Ausführung der Figur 3, d.h. am Detektor 100 wurden die Hi-Detektorzeile 120 und die Lo-Detektorzeile 110 orthogonal zur Zeilenrichtung, d.h. in Transportrichtung TD (vgl. Figur 5), um einen Versatz Ay, der einer halben Breite W der Detektorelemente entspricht, zueinander überlappend versetzt. Werden die realen Hi- und Lo-Detektorelemente in der gleichen Reihenfolge, wie in Figur 7, se quenziell ausgelesen, entsteht die in der Figur 8 veranschaulichte Auslesesituation.
Anhand der Matrix M7 der Figur 8 ist im Vergleich zur Matrix MO derselben Figur zu erkennen, dass ähnlich wie in der Auslesesituation der Figur 7, auch bei der Auslesesituation der Figur 7 nicht mehr jedem Hi-Detektordatum genau ein Lo- Detektordatum eindeutig zugeordnet werden kann. Die Matrix M7 der Figur 8 zeigt aber, dass die räumliche Auflösung in einem aus den De tektordaten ableitbaren Röntgenbild in Abtastrichtung (oder in Transportrichtung TD, Figur 6) verbessert, nämlich verdoppelt ist.
Die Auslesesituation der Figur 8 ist interessant, wenn entweder die räumliche Auflösung des abgeleiteten Röntgenbilds in Abtastrichtung respektive in Transportrichtung (TD, Figur 6) oder bei gleichbleibender Auflösung die Transportgeschwindigkeit für die Inspektionsobjekte durch die Röntgeninspektionsanlage bei entsprechender Einstellung des Verhältnis aus Auslesefre quenz und Bandgeschwindigkeit erhöht werden soll.
Für den überlappenden Versatz Ay zwischen den der Hi-Detektorzeile 120 und der Lo-Detektor- zeile 110 in Abtastrichtung (orthogonal zur Zeilenrichtung des Detektors 100) hat sich als be sonders geeignet erwiesen, den Versatz Az als (m b)/(2 f) zu definieren, wobei b die Bandlauf geschwindigkeit in cm/s und f die Auslesefrequenz in 1/s und m eine ungerade Ganzzahl (m=1, 3, 5, 7, ...) ist. Alternativ oder ergänzend kann die räumliche Auflösung in Abtastrichtung oder orthogonal zur Zeilenrichtung des Detektors erhöht werden, indem die Auslesefrequenz f erhöht wird.
Nun wird mit Bezug auf die Figur 9 eine weitere pfiffige Überlegung des Erfinders veranschau licht. Der Erfinder hat erkannt, dass eine ähnliche Auswirkung auf die erzielte räumliche Auflö sung (oder alternativ die einzustellende Transportgeschwindigkeit respektive Abtastgeschwin digkeit), wie sie quasi hardwaremäßig mit der zweiten Ausführung des Detektors 100 auch bei einer Röntgeninspektionsanlage mit einem konventionellen Detektor 1, wie er in den Figuren 1a und 1b gezeigt ist, vermittels eines modifizierten Auslesemusters (d.h. Auslesereihenfolge) für die Hi- und Lo-Detektordaten an dem konventionellen Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor 1 der Figuren 1a und 1b erzielt werden kann. Die in der Figur 9 veranschaulichte Auslesesituation entsteht bei der Verwendung einer Dual- Energie-Röntgenstrahlendetektorzeile mit pro Bildpunkt jeweils einem hochenergetischen Hi- Detektorelement und einem niedrigenergetischen Lo-Detektorelement, die in Richtung der zu erfassenden Röntgenstrahlen im Wesentlichen deckungsgleich übereinander oder hintereinan der angeordnet sind.
Wie im linken Teil der Figur 9 gezeigt, ist die Auslesereihenfolge am Detektor 100 so modifi ziert, dass zunächst alle Detektorelemente eines Typs (Hi oder Lo) entlang der Ortsvariablen n der Detektorzeile und anschließend alle Detektorelemente des anderen Typs entlang der Orts variablen n der Detektorzeile ausgelesen werden. D.h., beispielsweise, wie in der Figur 9 darge stellt, zunächst werden alle Hi-Detektordaten Hii, Hh, H , .... HIN, und dann alle Lo-Detektorda- ten L01, L02, I_q3, .... LON ausgelesen (oder umgekehrt).
Der Vergleich der Matrizen M7 und M8 zeigt, dass mit der modifizierten Auslesereihenfolge der Figur 9 dasselbe Ergebnis erreicht werden kann, wie es mit der Verschiebung der ersten Detek torzeile 110 und der zweiten Detektorzeile 120 zueinander beim Detektor 100 gemäß der zwei ten Ausführung erreicht wird. Damit ist das Ausleseverfahren der Figur 9 eine äquivalente Soft ware-Lösung zur Hardware-Lösung der Figuren 3 und 8, mit zueinander überlappend versetz ten Hi- und Lo-Detektorelementen. Mit anderen Worten heißt dies, dass, wenn man die Hi- und die Lo-Detektorzeilen 110, 120 am Detektor nicht zueinander in Abtastrichtung versetzt, aber die Auslesereihenfolge der Hi- und Lo-Detektorelemente geeignet ändert, man dieselbe Wir kung auf die räumliche Auflösung erreicht wie mit der Detektorzeile 100 der Figuren 3 und 8. Im Ergebnis wird auch in diesem Fall die räumliche Auflösung in Transportrichtung respektive Ab tastrichtung verbessert.
Die Auslesesituation der Figur 9 ist elegant, da im Wesentlichen keine Modifikationen an einem konventionellen Detektor 1 (vgl. Figuren 1a und 1b) erforderlich sind. Um die modifizierte zeitli che Auslesereihenfolge zu implementieren, könnte ein Neudesign der Leiterplatte des Detektors 1 oder ein Neudesign des Auslesechips erforderlich sein. Wenn ein mit dem Detektor 1 ver- schalteter Auslesechip in der Lage ist, intern die zeitliche Abfolge der Auslesungen der einzel nen realen Hi- und Lo-Detektorelemente beliebig zu ändern, ist die Implementierung der Ausle sesituation der Figur 9 ohne größere Maßnahmen möglich.
Ein weiterer Vorteil der zweiten Ausführung soll nun anhand der Figur 10 verdeutlicht werden.
Zu einem bestimmten Wertepaar (bi, T) lässt sich ein Versatz Az = (m b) / (2 f) berechnen, der zu einer Situation führt, wie sie in der Mitte der Figur 10 gezeigt ist und bei der fehlende Werte berechnet werden müssen. Da Röntgenanlagen oft in ein komplexes System aus Fördereinrichtungen eingebunden sind, kann es mitunter wünschenswert sein, die Bandgeschwindigkeit diesen Rahmenbedingungen anzupassen.
Der Erfinder hat erkannt, dass für die Realisierung mehrere Fördergeschwindigkeiten nicht ver schiedene Anlagentypen entwickelt werden müssen, da die zweite Ausführung der vorliegenden Offenbarung eine hohe Flexibilität bietet. Nun wird mit Bezug auf die Figur 9 eine weitere pfiffige Überlegung des Erfinders veranschaulicht, die, wie im Folgenden erläutert, genutzt werden kann.
Zu demselben Versatz Az gehören andere Wertepaare (b2, f2) bei denen sich eine Situation ein stellt, wie sie unten in Figur 10 gezeigt ist. Es gilt dabei entweder b2= bi / 2 oder f2 = 2 fi, was der halben Bandlaufgeschwindigkeit oder der doppelten Auslesefrequenz entspricht. Hier ent spricht der Vorschub des Gepäckstücks in Förderrichtung genau dem Versatz Az und zu jedem gemessenen Hi-Detektordatum existiert wieder ein real gemessenes Lo- Detektordatum und umgekehrt. Eine Röntgenanlage kann also mit einem Versatz Az in zwei unterschiedlichen Modi betrieben werden.
Nun wird mit Bezug auf die Figuren 11-14 ein Ausführungsbeispiel eines Ansatzes für die Auf bereitung der erfassten realen Hi- und Lo- Detektordaten mit einem hier vorgeschlagenem Dual- Energie-Röntgenstrahlendetektor 100 erläutert.
Für einen Kompromiss zwischen einem guten und einem effizienten Algorithmus zur Aufberei tung der realen Hi- und Lo- Detektordaten hat der Erfinder gefunden, dass sich ein Algorithmus aus dem Bereich der digitalen optischen Fotografie eignet. Bei der digitalen Fotografie werden Bildsensoren mit vorgeschaltetem Color Filter Array (CFA) verwendet, sodass jeder einzelne Pixel des Bildsensors nur eine der drei Grundfarben (rot, blau oder grün) erfassen kann. Das meist verwendete Muster eines derartigen CFA ist das hier weiter oben bereits genannte Bayer- Pattern.
Der Erfinder hat erkannt, dass der Aufbau der Matrizen M6-M10, die mit den hier vorgeschlage nen Detektoren 100 (Figuren 2a-6, und 7-8) oder dem modifizierten Ausleseverfahren (Figur 9) bereitgestellt werden, bezüglich der darin enthaltenen Hi- und Lo-Detektordaten möglicherweise ähnlich aufbereitet werden kann, wie die Aufbereitung der mit einem Bildsensor mit Bayer-CFA erfassten Bilddaten.
Bei den von dem Bildsensor mit Bayer-CFA erzeugten Bilddaten müssen für jeden Pixel, die je weils zwei anderen Farbinformationen durch eine geeignete Berechnung ergänzt werden. Bei den Hi- und Lo- Detektordaten der Figuren 7-9 muss jeweils zu dem realen Detektordatum eines Typs (Hi oder Lo) ein virtuelles Detektordatum des anderen Typs berechnet werden.
Der Erfinder schlägt vor, ein bei digitalen Bildsensoren eingesetztes CFA-Demosaicing für eine Aufbereitung der realen Detektordaten der hier vorgeschlagenen Detektoren 100 zu modifizie ren. Da es für das CFA-Demosaicing zahlreiche bekannte Implementierungen gibt, sollte es hier ausreichend sein, das Grundprinzip der Adaption zu erläutern. Die vorliegende Offenbarung ist nämlich keines Falls auf eine bestimmte einzige oder besondere Umsetzung beschränkt.
Der Kerngedanke des CFA-Demosaicing besteht darin, für jeden Pixel eines Bayer-Musters die fehlenden beiden Farben aus den bekannten tatsächlich erfassten Farben in der näheren Um gebung zu berechnen.
Entsprechend bedeutet dies für die Matrix M6*, dass z.B. an der Stelle des realen Lo-Detek- tordatums 44 das fehlende virtuelle Hi-Detektordatum 44 aus den tatsächlich erfassten Hi- und Lo-Detektordaten in der näheren Umgebung berechnet werden kann.
Figur 11 zeigt zunächst einen Vergleich des Bayer-Musters BAYER (Figur 11 , links) mit der Hi- /Lo-Detektordaten-Matrix M6* (Figur 11 , rechts), wie sie sich beispielsweise bei der Auslesesitu ation der Figur 7 mit dem Detektor der Figuren 2a und 2b ergibt. Bei dem Bayer-Muster BAYER (Figur 11 , links) stehen die weißen Kästchen für blaue Pixel, die schraffierten Kästchen für grüne Pixel und die kreuzschraffierten Kästchen für rote Pixel. In der Matrix M6* (Figur 11 , rechts) sind die Lo-Detektordaten durch schraffierte Kästchen und die Hi-Detektordaten durch kreuzschraffierte Kästchen dargestellt.
In der Figur 12 wurde das Bayer-Muster BAYER der Figur 11 auf zwei Farben reduziert. D.h., das modifizierte Bayer-Muster BAYER* ist nun ein Schachbrett mit den verbleibenden zwei Far ben Rot und Grün.
In der Figur 13 wurde im Vergleich zur Figur 12 lediglich die Matrix BAYER* um 45° im Uhrzei gersinn gedreht, um eine geeignete Zuordnung der Daten der Matrix M6* zu den Daten des mo difizierten Bayer-Musters BAYER** zu verdeutlichen. Figur 13 veranschaulicht weiterhin, dass das modifizierte Bayer-Muster BAYER** und die Matrix M6* eine ähnliche, alternierende Struk tur haben. Beispielsweise können die Pixel in den markierten Bereichen im modifizierten Bayer- Muster BAYER** den Detektordaten in den markierten Bereichen der Matrix M6* zugeordnet werden.
Basierend auf den vorstehenden Überlegungen kann der CFA-Demosaicing-Algorithmus für das Bayer-Muster auf die Detektordaten der Matrix M6* angewendet werden. Der Erfinder hat festgestellt, dass die Ergebnisse etwas schlechter ausfallen, da die Detektordaten in horizontaler und vertikaler Richtung weiter voneinander entfernt sind als die Pixel im Bayer-Muster. Dies kann aber dadurch ausgeglichen werden, dass bei der Matrix M6* noch die vertikale Detektordatenreihe betrachtet werden kann, die es beim Bayer-Muster BAYER** nicht gibt.
Der Algorithmus zur Berechnung der fehlenden Werte orientiert sich an der Veröffentlichung „Color filter array demosaicking using high-order Interpolation techniques with a weighted median filter for Sharp color edge preservation“ von Li und Randhawa (IEEE Transactions on image Processing, Vol. 18, No. 9, September 2009), deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Dabei wird zunächst für eine bestimmte Anzahl von Raumrichtungen je ein interpolierter Wert für den fehlenden Pixel, basierend auf einer Taylor-Reihenentwicklung der gemessenen Daten in der näheren Umgebung bestimmt. Dann wird für jede dieser Raumrichtungen ein Gradient berechnet, der ein Maß dafür ist, wie stark sich das Signal in der jeweiligen Richtung ändert. Mit Hilfe dieser Gradienten wird in einem letzten Schritt der gewichtete Mittelwert aus allen interpolierten Werten gebildet.
Die Matrizen der von den hier vorgeschlagenen Detektoren 100 bereitgestellten Detektordaten liefern mit dem angepassten Demosaicking-Verfahren überraschend gute Ergebnisse bei einem nicht erwartet geringem Rechenaufwand.
Abschließend veranschaulichen die folgenden Figuren 14-17 verschiedene Aspekte der hier vorgeschlagenen Verfahren zur Aufbereitung der realen Lo- und Hi-Detektordaten, die mittels eines der hier beschriebenen Detektoren 100 von einem Inspektionsobjekt erfasst worden sind.
Figur 14 illustriert die Grundstruktur eines Verfahrens 1300 zur Aufbereitung der von beispielsweise der Röntgeninspektionsanlage 200 der Figur 6 bereitgestellter Lo-Detektordaten L01, L02, L03, ... , LON und Hi-Detektordaten Hii, H12, H , ... , HIN. Dabei weist das Verfahren folgende grundlegende Schritte auf: einen Schritt S1 zum Berechnen eines jeweiligen virtuellen Lo-De- tektordatums vLo an der Position eines realen Hi-Detektorelement 122 (vgl. z.B. Figur 2b); und einen Schritt S2 zum Berechnen eines jeweiligen virtuellen Hi-Detektordatums vHi an der Position eines realen Lo-Detektorelements 111 (vgl. z.B. Figur 2b).
Bei dem Verfahren 1300 weist der Schritt S1 zum Berechnen eines virtuellen Lo- Detektordatums vLo an der Position eines realen Hi- Detektorelements 122 auf: Einen Schritt S11 zum Berechnen des virtuellen Lo-Detektordatums basierend auf einer bestimmten ersten Anzahl zu dem realen Hi-Detektorelement 122 benachbarten realen Lo-Detektordaten und einer bestimmte zweiten Anzahl zu dem realen Hi-Detektorelement 122 benachbarten realen Hi-Detek- tordaten.
Bei dem Verfahren 1300 weißt der Schritt S2 zum Berechnen eines virtuellen Hi-Detektorda- tums vHi an der Position eines realen Lo-Detektorelements 111 auf: Einen Schritt S21 zum Berechnen eines virtuellen Hi-Detektordatums basierend auf der bestimmten ersten Anzahl zu dem realen Lo-Detektorelement 111 benachbarten realen Hi-Detektordaten und der bestimmten zweiten Anzahl zu dem realen Lo-Detektorelement 111 benachbarten realen Lo-Detektordaten.
Der Schritt S11 weist einen Schritt S12 zum Berechnen der virtuellen Lo-Detektordaten als Mittelwert aus benachbarten Hi- und Lo-Detektordaten auf.
Der Schritt S21 weist einen Schritt S22 zum Berechnen der virtuellen Hi-Detektordaten als Mittelwert aus benachbarten Hi- und Lo-Detektordaten auf.
Figur 15 veranschaulicht ein modifiziertes Verfahren 1400, wobei der Schritt S1 einen Schritt S14 zum Berechnen der virtuellen Lo-Detektordaten unter Berücksichtigung des Verlaufs der Werte der Hi-Detektordaten und der Schritt S2 einen Schritt S24 zum Berechnen der virtuellen Hi-Detektordaten unter Berücksichtigung des Verlaufs der Werte der Lo-Detektordaten aufweist.
Bei den in den Figuren 14 und 15 veranschaulichten Verfahren 1300, 1400 können die genannten Berechnungsschritte für die virtuellen Hi- oder Lo-Detektordaten basierend auf den bereitgestellten Lo- und Hi-Detektordaten unter Verwendung eines Deep-Learning-Algorithmus (DLA) umgesetzt werden
Figur 16 veranschaulicht ein Verfahren 1500 als besondere Ausführung des Verfahrens 1300 der Figur 14. Als Vorrausetzung für das Verfahren 1500 werden, beispielsweise in der Inspektionsanlage 200 der Figur 6, die mit dem Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor 100 erfassten und bereit gestellten Detektordaten über eine Ortsvariable n, die in Zeilenrichtung des Dual- Energie-Röntgenstrahlendetektor 100 beginnend an einem Ende verläuft, derart indiziert, dass die Lo-Detektorelemente reale Lo-Detektordaten L01, L02, ... , Lon, ... , LON des Inspektionsobjekts erfassen und die Hi-Detektorelemente entsprechende reale Hi-Detektordaten Hii, H12, ... , Hin, ... , HIN des Inspektionsobjekts erfassen, wobei 1<n<N gilt und N jeweils die Anzahl der Hi- und Lo-Detektorelemente in Zeilenrichtung des Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor (100) ist. Das Verfahren 1500 der Figur 15 weist folgende Schritte auf:
Einen Schritt S31 zum Auslesen der realen Hi- und Lo-Detektorelemente 111 , 122 (vgl. Figur 2b) des Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors 100 paarweise in der Reihenfolge Hii, L01, Hb, l_c>2, Hin, Lon, HIN, LOH oder umgekehrt in der Reihenfolge L01, Hii, L02, H12, ... , Lon, Hin,
... , LON, HIN).
Einen Schritt S32 zum Bilden mittels mehrerer derart ausgelesener Reihenfolgen Hii, L01, Hb, L02, ... , Hin, Lon, ... , HIN, LOH oder L01, Hii, L02, H12, ... , Lon, Hin, ... , LON, HIN) einer zweidimensionalen Hi/Lo-Detektordaten-Matrix M5-M10; M6* (vgl. Figuren 7-10).
Einen Schritt S33 zum Berechnen der virtuellen Hi- und/oder Lo-Detektordaten unter Verwendung eines angepassten Demosaicking-Algorithmus. Die Anpassung und Anwendung des De- mosaicking-Algorithmus weisen folgende Schritte auf:
Einen Schritt S331 zum Reduzieren eines dem Demosaicking-Algorithmus zugrunde liegenden drei Farben aufweisenden Bayer-Musters BAYER auf ein zweifarbiges Schachbrett-Muster BAYER*.
Einen Schritt S332 zum rechnerischen Drehen des Schachbrett-Muster BAYER* um 45° im Uhrzeigersinn.
Einen Schritt S333 zum Zuordnen der einen Farbe des gedrehten Schachbrett-Musters BAYER** zu den Hi-Detektordaten und der anderen Farbe des Schachbretts zu den Lo-Detek- tordaten.
Einen Schritt S334 zum Anwenden des Demosaicking-Algorithmus auf das gedrehte Schachbrett-Muster BAYER** auf die erfassten realen Hi- und Lo-Detektordaten der zweidimensionalen Hi/Lo-Detektordaten-Matrix M6-M10; M6*.
Im Ergebnis werden die benötigten virtuellen (d.h. fehlenden) Detektordaten mittels des angepassten Demosaicking-Algorithmus in ähnlicher Weise berechnet, wie die bei einem Fotosensorchip mit BAYER-Farbfilter, die zu einem bestimmten Pixel fehlenden anderen beiden Grundfarben berechnet werden können.
Figur 17 veranschaulicht ein Ausleseverfahren 1600 für das Auslesen von Hi- und Lo-Detekto- relemente eines Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors 1, wie er beispielsweise in der Figur 1b gezeigt ist und beispielsweise in einer Röntgeninspektionsanlage 200 der Figur 6 verbaut sein kann. Gemäß Figur 1b weist der Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors 1 wenigstens auf: eine Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektorzeile 2 mit pro Bildpunkt jeweils einem hochenergetischen Hi-Detektorelement 5 und einem niedrigenergetischen Lo-Detektorelement 4, die in Richtung der zu erfassenden Röntgenstrahlen RX im Wesentlichen deckungsgleich übereinan- der angeordnet sind. Die auszulesenden Hi- und Lo-Detektordaten der Detektorzeile 2 sind defi niert als Hi(n) oder Lo(n) für ein jeweiliges Hi- oder Lo-Detektordatum mit der Ortsvariablen n=1 , 2, 3, .... N für die jeweilige Position des zugehörigen Detektorelements in der Detektorzeile 2, wobei 1<n<N gilt und N die jeweilige Anzahl der Hi- und Lo-Detektorelemente in der Zeilenrich- tung ist.
Das Ausleseverfahren 1600 der Figur 17 weist im Wesentlichen einen Schritt S4 zum Auslesen der Hi- und Lo-Detektorelemente auf, in dem zunächst alle Detektorelemente eines Typs, d.h.
Lo oder Hi, entlang der Ortsvariablen n ausgelesen werden und anschließend alle anderen De tektorelemente des anderen Typs entlang der Ortsvariablen n ausgelesen werden.

Claims

Ansprüche
1. Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor (100) mit einer ersten Detektorzeile (110) mit ersten Detektorelementen (111) und einer dazu parallel angeordneten zweiten Detektorzeile (120) mit zweiten Detektorelementen (122), wobei die Detektorzeilen (110, 120) zueinander in Zeilenrichtung parallel angeordnet und in Richtung der zu erfassenden Röntgenstrahlen (RX) so hintereinander angeordnet sind, dass die Projektion der ersten und der zweiten Detektorzeilen (110, 120) in Richtung eines der zu erfassenden Röntgenstrahlen (RX), der durch den Flächen schwerpunkt eines Referenzdetektorelements der ersten oder der zweiten Detektorzeile (110, 120) verläuft, sich überlappend zueinander um einen effektiven Versatz (Dc; Ay) versetzt sind. 2. Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Detektor zeilen (110, 120) konfiguriert sind, auf ein Spektrum zu erfassender Röntgenstrahlen (RX) un terschiedlich spektral selektiv anzusprechen, indem die erste Detektorzeile (110) zugehörige erste Detektorelemente (111) in Form von Lo-Detektorelementen zum primären Erfassen nied rigenergetischer Röntgenstrahlen aufweist und die zweite Detektorzeile (120) zugehörige zweite Detektorelemente (122) in Form von Hi-Detektorelementen zum primären Erfassen hochener getischer Röntgenstrahlen aufweist.
3. Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei wenigs ten eines von: die erste Detektorzeile (110) und die zweite Detektorzeile (120) in der Zeilenrichtung um einen ersten Versatz (Ax) versetzt sind; die erste Detektorzeile (110) und die zweite Detektorzeile (120) orthogonal zu der Zei lenrichtung um einen zweiten Versatz (Az) zueinander versetzt sind; und die erste Detektorzeile mit den ersten Detektorelementen (4) und die zweite Detektor zeile mit den zweiten Detektorelementen (5) zueinander mit einem vorbestimmten Abstand (D) beabstandet und gegen über einem Referenzröntgenstrahl (RXref) in Zeilenrichtung und/oder orthogonal zur Zeilenrichtung mit einem Neigungswinkel (a) geneigt sind.
4. Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor (100) gemäß Anspruch 3, wobei der erste Versatz (Ax) in Zeilenrichtung der halben Breite der ersten und zweiten De tektorelemente (111, 122) in Zeilenrichtung entspricht; und/oder der zweite Versatz (Az) orthogonal zur Zeilenrichtung basierend auf einem Verhältnis aus einer Auslesefrequenz f in 1/s für die Detektorelemente (111 , 122) und auf einer Transport geschwindigkeit b in cm/s eines Inspektionsobjekts (216) gegenüber dem Dual-Energie-Rönt- genstrahlendetektor (100) definiert ist als wobei m eine ungerade ganze Zahl (m=1, 3, 5, 7, ...) ist.
5. Röntgeninspektionsanlage (200) mit einem Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor (100) gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei die Röntgeninspektionsanlage (200) für einen Transport eines Inspektionsobjekts (216) in einer Transportrichtung (TD) durch die Inspektionsanlage (200) eingerichtet ist; die Zeilenrichtung des Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors (100) orthogonal zur Transportrichtung (TD) angeordnet ist; und eingerichtet ist, erfasste erste Detektordaten (L01 , L02, L03, ... , LON) und zweite Detek tordaten (Hii, HΪ2, Hb, ... , HIN) des Inspektionsobjekts (216) bereit zu stellen.
6. Verfahren (1300; 1400; 1500; 1600) zur Aufbereitung der von der Röntgeninspektions anlage (200) gemäß Anspruch 5 bereitgestellter ersten Detektordaten (L01, L02, L03, ... , LON) und zweiten Detektordaten (Hii, Hb, Hb, ... , HIN), wobei das Verfahren aufweist:
(51) Berechnen eines jeweiligen virtuellen ersten Detektordatums (vLo) an der Po sition eines realen zweiten Detektorelements (122); und/oder
(52) Berechnen eines jeweiligen virtuellen zweiten Detektordatums (vHi) an der Position eines realen ersten Detektorelements (111).
7. Verfahren (1300; 1400) gemäß Anspruch 6, wobei das (S1) Berechnen eines virtuellen ersten Detektordatums (vLo) an der Position eines realen zweiten Detektorelements (122) aufweist: (S11) Berechnen des virtuellen ersten Detek tordatums basierend auf einer bestimmten ersten Anzahl zu dem realen zweiten Detektorele ment (122) benachbarten realen ersten Detektordaten und einer bestimmten zweiten Anzahl zu dem realen zweiten Detektorelement (122) benachbarten realen zweiten Detektordaten; und das (S2) Berechnen eines virtuellen High-Detektordatums (vHi) an der Position eines realen Low-Detektorelements (111) aufweist: (S21) Berechnen des virtuellen zweiter Detek tordatums basierend auf der bestimmten ersten Anzahl zu dem realen ersten Detektorelement (111) benachbarten realen zweiten Detektordaten und der bestimmten zweiten Anzahl zu dem realen ersten Detektorelement (111) benachbarten realen ersten Detektordaten.
8. Verfahren (1300; 1400) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte aufweist:
(S12) Berechnen der virtuellen ersten Detektordaten als Mittelwert aus benachbarten ersten und zweiten Detektordaten und/oder Berechnen (S22) der virtuellen zweiten Detektorda ten als Mittelwert aus benachbarten zweiten und ersten Detektordaten; (S14) Berechnen der virtuellen ersten Detektordaten unter Berücksichtigung des Ver laufs der Werte der zweiten Detektordaten und/oder (S24) Berechnen der virtuellen zweiten De tektordaten unter Berücksichtigung des Verlaufs der Werte der ersten Detektordaten; und
(S5) Berechnen der virtuellen zweiten oder ersten Detektordaten basierend auf den be reitgestellten ersten und zweiten Detektordaten unter Verwendung eines Deep-Learning-Algo- rithmus.
9. Verfahren (1500) gemäß einem der Ansprüche 6-8, wobei die mit dem Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektor (100) erfassten und bereit gestellten Detektordaten über eine Ortsvariable n, die in Zeilenrichtung des Dual-Energie-Rönt- genstrahlendetektor (100) beginnend an einem Ende verläuft, derart indiziert werden, dass die ersten Detektorelemente reale erste Detektordaten L01, L02, ... , Lon, ... , LON des Inspektionsob jekts erfassen und die zweiten Detektorelemente entsprechende reale zweite Detektordaten Hii, HΪ2, ... , Hin, ... , HIN des Inspektionsobjekts erfassen, wobei 1<n<N gilt und N jeweils die Anzahl der zweiten und ersten Detektorelemente in Zeilenrichtung des Dual-Energie-Röntgenstrahlen- detektor (100) ist; und das Verfahren weiter aufweist:
(531) Auslesen der realen zweiten und ersten Detektorelemente (111 , 122) des Dual- Energie-Röntgenstrahlendetektors (100) paarweise in der Reihenfolge Hii, L01, Hb, L02, ... , Hin, Lon, ... , HIN, LOH oder umgekehrt in der Reihenfolge L01, Hii, L02, Hb, ... , Lon, Hin, ... , LON, HIN);
(532) Bilden mittels mehrere mit dem Ausleseschritt ausgelesener Reihenfolgen einer zweidimensionalen Detektordaten-Matrix (M5-M10; M6*); und
(533) Berechnen der virtuellen zweiten und/oder ersten Detektordaten unter Verwen dung eines angepassten Demosaicking-Algorithmus mit:
- (S331) Reduzieren eines dem Demosaicking-Algorithmus zugrunde liegenden drei Farben aufweisenden Bayer-Musters (BAYER) auf ein zweifarbiges Schachbrett-Muster (BAYER*);
- (S332) Drehen des Schachbrett-Muster (BAYER*) um 45° im Uhrzeigersinn;
- (S333) Zuordnen der einen Farbe des gedrehten Schachbrett-Musters (BAYER**) den zweiten Detektordaten und der anderen Farbe des Schachbretts den ersten Detektordaten; und
- (S334) Anwenden des auf das gedrehte Schachbrett-Muster (BAYER**) angepassten Demosaicking-Algorithmus auf die erfassten realen zweiten und ersten Detektordaten der zwei dimensionalen Detektordaten-Matrix (M6-M10; M6*).
10. Ausleseverfahren (1600) für erste und zweite Detektorelemente eines Dual-Energie- Röntgenstrahlendetektors (1), insbesondere in einer Röntgeninspektionsanlage (200) des An spruchs 5, wobei der Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektors (1) aufweist wenigstens eine Dual-Energie-Röntgenstrahlendetektorzeile (2) mit pro Bildpunkt jeweils einem hochenergeti schen zweiten Detektorelement (5) und einem niedrigenergetischen ersten Detektorelement (4), die in Richtung der zu erfassenden Röntgenstrahlen (RX) im Wesentlichen deckungsgleich übereinander angeordnet sind, wobei die auszulesenden zweiten und ersten Detektordaten der Detektorzeile (2) definiert sind als Hi(n) oder Lo(n) für ein jeweiliges zweits oder erstes Detek tordatum mit der Ortsvariablen n=1, 2, 3, .... N für die jeweilige Position des zugehörigen Detek torelements in der Detektorzeile (2), wobei 1<n<N gilt und N die jeweilige Anzahl der zweiten und ersten Detektorelemente in der Zeilenrichtung ist, wobei das Ausleseverfahren aufweist:
(S7) Auslesen der zweiten und ersten Detektorelemente derart, dass zunächst alle De- tektorelemente eines Typs entlang der Ortsvariablen n und anschließend alle anderen Detekto relemente des anderen Typs entlang der Ortsvariablen n ausgelesen werden.
11. Verarbeitungsvorrichtung (300) zur Aufbereitung der von der Röntgeninspektionsan lage (200) gemäß Anspruch 5 bereitgestellten ersten Detektordaten (L01, L02, L03, ... , LON) und zweiten Detektordaten (Hii, Hh, Hh, ... , HIN), wobei die Verarbeitungsvorrichtung (300) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 6-10 eingerichtet ist.
12. System mit einer Röntgeninspektionsanlage (200) gemäß Anspruch 5 und einer Verar beitungsvorrichtung (300) gemäß Anspruch 11, wobei die Röntgeninspektionsanlage (200) zur Bereitstellung der zweiten und ersten Detektordaten basierend auf der Abtastung eines Inspek tionsobjekts (216) an die Verarbeitungsvorrichtung (300) eingerichtet ist und dazu mit der Verar- beitungsvorrichtung (300) für eine Datenkommunikation verbunden ist.
13. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Compu terprogramms durch einen Computer, insbesondere einer Verarbeitungsvorrichtung (300) ge mäß Anspruch 11 , diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 6-10 auszu führen. 14. Computerlesbarer Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch
13.
15. Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13 überträgt.
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