System und Verfahren für eine parallele Bildrekonstruktion mehrerer Tiefenschichten eines Prüfobjekt

专利摘要:
Es werden ein System und ein Verfahren bereitgestellt, die eine parallele Bildrekonstruktion mehrerer Tiefenschichten eines Objekts ermöglichen. Im einzelnen werden ein System und Verfahren bereitgestellt, bei denen Pixel für ein Objekt erfasst werden und diese Pixel verarbeitet werden, um Voxel für mehrere Tiefenschichten des Objekts parallel zu rekonstruieren. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Rekonstruktionsprozessor zumindest ein Eingangstor zum Empfangen von Pixeln eines radiografischen Bildes eines Objekts und zumindest ein Eingangstor zum Empfangen von Positionsdaten, die einem empfangenen Pixel zugeordnet sind. Er umfasst ferner eine Verarbeitungslogik, die wirksam ist, um zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten eines empfangenen Pixels ein erstes und ein zweites Voxel einer ersten und einer zweiten Schicht des Objekts, zu denen das empfangene Pixel beiträgt, zu bestimmen, und die ferner wirksam ist, um den Beitrag des empfangenen Pixels parallel auf das erste und das zweite Voxel anzuwenden.
公开号:DE102004030585A1
申请号:DE200410030585
申请日:2004-06-24
公开日:2005-04-07
发明作者:Stanley T. Palo Alto Jefferson
申请人:Agilent Technologies Inc；
IPC主号:G06T1-00

专利说明:
[0001] Diesevorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Bildverarbeitungund insbesondere auf ein tomografisches System und Verfahren zumVerarbeiten von Bilddaten, die durch eine radiografische Abbildungstechnik,z.B. Kegelstrahltomografie, erfasst werden, um aus denselben Querschnittsbilddatenzu rekonstruieren, wobei ein derartiges Verarbeiten mehrere Tiefenschichteneines abgebildeten Objekts parallel rekonstruiert.
[0002] DieTechnik des Rekonstruierens eines Querschnittsbildes eines Objektsaus mehreren Projektionen wird im Groben als Tomographie bezeichnet.Wenn eine derartige Rekonstruktion eines Querschnittsbildes mit Hilfeeiner prozessorbasierten Vorrichtung (oder eines „Computers") durchgeführt wird,wird die Technik im Groben als Computertomographie (oder computerisierteTomographie) (CT) bezeichnet. Bei einer typischen beispielhaftenAnwendung projiziert eine Strahlungsquelle eine Strahlung der Röntgen-Wellenlänge durchein Objekt auf ein elektronisches Sensorarray (bzw. „Detektor"-Array). Durch Lieferneiner relativen Bewegung zwischen einem oder mehreren des Objekts,der Quelle und des Sensorarrays werden mehrere Ansichten erhalten.Ein Bild einer Scheibe bzw. eines Schnittes durch das Objekt oderein dreidimensionales Bild („3D-Bild") des Objekts kannanschließenddurch eine Verwendung von entsprechenden mathematischen Transformiertender mehreren Ansichten angenähertwerden. Das heißt,dass Querschnittsbilder eines Objekts rekonstruiert werden können, undbei bestimmten Anwendungen könnenderartige Querschnittsbilder kombiniert werden, um ein vollständiges 3D-Bilddes Objekts zu erzeugen.
[0003] Dievielleicht bekannteste praktische Anwendung der Tomographie istder Scanner der medizinischen Computertomographie (CT-Scanner, auchals computergestützteTomographie oder computerisierte axiale Tomographie (CAT) bezeichnet).Beispielsweise wird eine Querschnittsbildrekonstruktion aus radiographischen (z.B. Röntgenstrahlen-)Bildern üblicherweisebei medizinischen Anwendungen verwendet, um ein Querschnittsbild(und/oder eine 3D-Ansicht) des menschlichen Körpers oder eines Teils desmenschlichen Körpers ausRöntgenstrahlenbildernzu erzeugen. Bei diesen Anwendungen ist die Geschwindigkeit derRekonstruktion der Querschnittsbilder traditionell nicht sehr wichtig.Währendsich jedoch medizinische Prozeduren weiterentwickeln, beginnen bestimmtemedizinische Anwendungen, eine schnelle Rekonstruktion von Querschnittsbildernzu wünschen.Beispielsweise wird bei medizinischen Verfahren, z. B. bei vielenelektrophysiologischen Herzverfahren, bei Periphergefäßverfahren,bei der perkutanten transluminalen Katheterangioplastik-Verfahren (PTCA-Verfahren),bei urologischen Verfahren und bei orthopädischen Verfahren, eine Echtzeit-Röntgenstrahlenabbildung zunehmenderwünscht.
[0004] Tomographieist auch bei einer automatisierten Prüfung von industriellen Produktenvon Interesse. Beispielsweise wird bereits eine Rekonstruktion vonQuerschnittsbildern aus radiographischen (z. B. Röntgenstrahlen-)Bildern bei Qualitätskontrollprüfsystemenzum Prüfeneines Erzeugnisses, z. B. von elektronischen Vorrichtungen (z. B.Anordnungen gedruckter Schaltungsplatinen), verwendet. Das heißt, dassTomographie bei einem automatisierten Prüfsystem verwendet werden kann,um Bilder einer oder mehrerer Ebenen (die hierin als „Tiefenschichten" oder „Querschnitte" bezeichnet werdenkönnen)eines zu studierenden Objekts zu rekonstruieren, um die Qualität des Objekts(oder eines Teils desselben) zu bewerten. Beispielsweise kann eineAnordnung gedruckter Schaltungsplatinen (oder eines anderen zu studierendenObjekts) verschiedene Tiefenschichten aufweisen, die für eine Prüfung vonInteresse sind. Als relativ einfa ches Beispiel kann eine Anordnungvon doppelseitigen gedruckten Schaltungsplatinen auf beiden Seitender Platine Lötverbindungen umfassen.Somit kann jede Seite der Schaltungsplatinenanordnung, auf der dieLötverbindungenangeordnet sind, eine separate Tiefenschicht der Platine aufweisen.Ferner kann die Schaltungsplatinenanordnung Oberflächenmontagevorrichtungen(z. B. ein Kugelrasterarray aus Lötmaterial) auf seinen beidenSeiten aufweisen, was zu weiteren Tiefenschichten der Platine führt, dievon Interesse sein können.
[0005] DasPrüfobjektkann aus diversen unterschiedlichen Blickwinkeln abgebildet werden(z. B. durch ein Belichten mit Röntgenstrahlenbei diversen unterschiedlichen Winkeln), was zu radiographischenBildern des Objekts führt,und derartige radiographische Bilder können verarbeitet werden, umein Bild einer Tiefenschicht (oder „Scheibe") des Objekts zu rekonstruieren. Dasheißt,dass Röntgenstrahlenvon einer Röntgenstrahlenquelleunter diversen unterschiedlichen Blickwinkeln auf ein Prüfobjektangewendet werden können,und Detektoren, die auf der Seite des Objekts gegenüber derRöntgenstrahlenquelleangeordnet sind, könnendie Röntgenstrahlenempfangen und die Röntgenstrahlendurchlässigkeitbzw. den Röntgenstrahlentransmissionsgraddes Objekts messen. Derartige Meßinformationen können durchdie radiographische Abbildungseinrichtung als digitale Informationen(z. B. Daten, die „Pixel" des Objekts darstellen)ausgegeben werden. Derartige Daten eines radiographischen Bildes(Pixel) könnenin eine Bildrekonstruktionsvorrichtung eingegeben werden, die dieInformationen verwendet, um Querschnittsbilder des Prüfobjektszu rekonstruieren. Danach könnendie sich ergebenden Querschnittsbilder bei manchen PrüfsystemenSchicht um Schicht angezeigt werden, und/oder derartige Querschnittsbilderkönnenverwendet werden, um eine vollständige3D-Visualisierung des Prüfobjektszu rekonstruieren.
[0006] AutomatisiertePrüfsysteme,die eine Rekonstruktion von Querschnittsbildern eines Prüfobjektsaus radiographischen (z. B. Röntgenstrahlen-)Bildern, die fürein derartiges Objekt erfasst wurden, liefern, sind bisher nichtin der Lage, eine Qualitätsanalyseschnell genug zu liefern, um mit Fertigungsstraßen einer hohen SchlagzahlSchritt zu halten. Aufgrund der Kosten, Geschwindigkeit und/oderder Mechanik, die erforderlich ist, um mehrere radiographische Bilder(z. B. Bilder bei diversen unterschiedlichen Winkeln) zu erhaltenund mehrere Querschnittsbilder zu berechnen, eignen sich viele dertraditionellen Lösungsansätze in bezugauf Tomographie (z. B. diejenigen, die traditionell für medizinischeAnwendungen verwendet werden, die keine schnelle Rekonstruktionerfordern) nicht füreine Herstellungsumgebung. Beispielsweise bewegt sich eine Montagestraße für gedruckteSchaltungsplatinen allgemein sehr schnell. Beispielsweise können gedruckte Schaltungsplatinenauf einer Fertigungsstraßenur Sekunden voneinander beabstandet sein, und um bei einer Produktionsumgebungein automatisiertes Röntgenstrahlenprüfsystemzu implementieren, muss ein derartiges Prüfsystem sehr schnell sein.Im Idealfall erfolgt der Prüfvorgangin Echtzeit, als Bestandteil eines Rückkopplungssteuerungssystemsfür denHerstellungsprozess. Bei manchen Produktionsumgebungen besteht einBedarf, die Integritätvon Zehntausenden von Lötverbindungeninnerhalb einer Minute oder weniger zu überprüfen. In der Regel schränken derzeitigeautomatisierte Röntgenstrahlprüfsystemedie Geschwindigkeit, bei der eine Fertigungsstraße arbeiten kann, ein, undsomit werden automatisierte Röntgenstrahlenprüfsystemederzeit hauptsächlichzum Prüfenrelativ spezialisierter, teurer Platinen verwendet, die üblicherweisein relativ geringen Mengen hergestellt werden und bei denen dieGeschwindigkeit der Produktionsstraße nicht so wichtig ist. Selbstverständlich würden automatisierteRöntgenstrahlprüfsystemetendenziell öfterverwendet werden, wenn sie schnell genug arbeiten könnten, ummit Fertigungsstraßeneines hohen Durchsatzes Schritt zu halten.
[0007] Beider Röntgenstrahlenabsorptionstomographiekönneneine Anzahl von Abbildungstechniken auf eine Rekonstruktion vonQuerschnittsscheiben angewandt werden. Eine Abbildungstechnik istals Laminografie bekannt. Bei der Laminografie werden die Röntgenstrahlenquelleund das Detektorarray auf gezielte Weise relativ zu dem zu betrachtendenObjekt bewegt, so dass Abschnitte eines Objekts, die sich außerhalbeiner ausgewähltenFokusebene befinden, an dem Detektorarray zu einem verschwommenenBild führen(siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 4,926,452). Fokusebenenbilder werdenin einem analogen Mittelwertsbildungsprozess rekonstruiert. EinBeispiel eines Laminografiesystems, das für eine Elektronikprüfung verwendetwerden kann, ist in der U.S.-Patentschrift Nr. 6,201,850 mit demTitel „ENHANCEDTHICKNESS CALIBRATION AND SHADING CORRECTION FOR AUTOMATIC X-RAYINSPECTION" näher beschrieben.
[0008] Eineweitere Abbildungstechnik ist als Tomosynthese bekannt. Tomosyntheseist eine Annäherungan die Laminografie, bei der mehrere Projektionen (oder Ansichten)erfasst und kombiniert werden. Mit zunehmender Anzahl von Ansichtennähertsich das resultierende kombinierte Bild allgemein dem an, das unterVerwendung einer Laminografie mit derselben Geometrie erhalten wird.Ein Merkmal, das die Tomosynthese von der oben beschriebenen laminographischenTechnik unterscheidet, besteht darin, dass Tomosynthese-Röntgenstrahlenbilder, die ausverschiedenen Richtungen (unterschiedlichen Blickwinkeln) erhaltenwerden, manipuliert werden können(z. B. könnensie mit unterschiedlichen Raumverschiebungen überlappt werden, und ihre Helligkeitkann gemittelt werden), um eine Vielzahl von Querschnitten zu erzeugen.Mit anderen Worten kann ein Satz von Röntgenstrahlenbildern verwendetwerden, um mehrere Querschnitte eines Prüfobjekts (z. B. Querschnittedes Objekts bei unterschiedlichen Höhen) zu erhalten. Die Tomosynthesekann als analoges Verfahren durchgeführt werden, beispielsweiseindem Lagen eines belichteten Films übereinandergelegt werden. Stattdessen kann die Tomosynthese auch als digitales Verfahren durchgeführt werden.Bei der digitalen Tomosynthese werden die einzelnen Ansichten inPixel unterteilt und übereine Computersoftware digitalisiert und kombiniert.
[0009] Diedreidimensionale (3D-) Computertomographie weist das Potential einergenaueren Bildrekonstruktion auf als die Laminografie oder Tomosynthese,was jedoch auf Kosten der Geschwindigkeit geht (Berechnungszeit).Die dreidimensionale Computertomographie erfordert üblicherweiseviele Projektionen und ist rechentechnisch aufwendig. Ein Lösungsansatzbezüglicheiner computergestützten3D-Tomographie besteht darin, eine Röntgenstrahlenquelle, die einenkegelförmigen3D-Strahlenausgang aufweist, auf einer Seite eines zu betrachtendenObjekts zu positionieren und ein zweidimensionales (2D-) Array vonDetektoren (z. B. ladungsgekoppelte Vorrichtungen („CCDs" – charged-coupled devices)auf der gegenüberliegendenSeite des zu betrachtenden Objekts zu positionieren und die Quelle/dasArray relativ zu dem Objekt synchron zu bewegen. Es gibt viele mögliche Bewegungspfade.Zum Zweck einer vollständigenRekonstruktion eines willkürlichenObjekts muss der Bewegungspfad das Objekt umrunden. Beispielsweisekann die Quelle um das zu betrachtende Objekt herumbewegt werden,oder die Quelle kann an einem spiralförmigen Pfad oder an einem anderenPfad entlang einem Zylinder, der das zu betrachtende Objekt umgibt,bewegt werden. Dieser Lösungsansatz,der als Kegelstrahltomographie bezeichnet wird, ist in vielen Fällen für ein Rekonstruierenvon 3D-Bildern bevorzugt und ist aufgrund der sich ergebenden Bildqualität potentiellfür eineAnalyse (z. B. für eineAnalyse einer elektronischen Anordnung) bevorzugt.
[0010] Eintheoretischer mathematischer Lösungsansatzbezüglicheines Rekonstruierens eines Objekts aus seinen Projektionen wurde1917 von J. Radon entwickelt, und die grundlegenden Transformiertenwerden nun als Radon-Transformierte bezeichnet. In jüngerer Zeitschlugen Forscher verschiedene Verfahren für eine Kegelstrahlrekonstruktionvor. Siehe beispielsweise: A. K. Louis und F. Natterer, „MathematicalProblems of Computerized Tomography", Proceedings of the IEEE, Bd. 71, Nr.3, S. 379 – 389(März 1983); R. M. Lewitt, „ReconstructionAlgorithms: Transform Methods",Proceedings of the IEEE, Bd. 71, Nr. 3, S. 390 – 408 (März 1983); Y. Censor, „FiniteSeries-Expansion Reconstruction Methods", Proceedings of the IEEE, Bd. 71, Nr.3, S. 409 – 419(März 1983); B. D. Smith, „Cone-beamtomography: recent advances and a tutorial review", Optical Engineering,Bd. 29, Nr. 5, S. 524 – 534(Mai 1990); und C. Jacobson, „FourierMethods in 3D-Reconstruction from Cone-Beam Data", Dissertation, Dissertation Nr. 427,Department of Electrical Engineering, Linkoping University, Linkoping,Schweden (1996).
[0011] Imallgemein beinhaltet jedes der obigen Verfahren verschiedene Kompromissezwischen z. B. Bildqualität(Annäherungen,Rauschen, Unschärfeund Artefakte) und Rechenzeit und der Schwierigkeit, die benötigten Ansichtenzu erhalten.
[0012] DieKegelstrahlverfahren führen üblicherweisezu einem Satz von planaren Bildern. In der Regel wird eine Art rechteckigesDetektorarray verwendet, das einen Satz von Pixeln erfasst, diestatt entlang einer einzigen Linie auf einer Ebene zugewiesen sind.Vor der Entwicklung der Kegelstrahlverfahren erfassten Abbildungstechniken,z. B. die hinreichend bekannten Fächerstrahlverfahren, lediglicheindimensionale („1D"-) Projektionen.Bei den Kegelstrahlverfahren, die ein Detektorarray verwenden, werden2D-Bilder erfasst. Die 2D-Bilder, die erfasst werden, sind mit denenvergleichbar, die durch Digitalkameras erfasst werden, wobei eineMatrix von Pixeln fürein abgebildetes Objekt erfasst wird. Die erfassten 2D-Bilder können anschließend verarbeitetwerden, um sie zu kombinieren (z. B. unter Verwendung einer Rückprojektionstechnik),um das zu prüfende3D-Objekt (oder einen Teil desselben) zu rekonstruieren.
[0013] TomographischeTechniken, z. B. Tomosynthese oder 3D-Computertomographie, erfordern in derRegel viele 2D-Bildprojektionen(bei vielen unterschiedlichen Blickwinkeln) und sind bezüglich einesRekonstruierens von 3D-Bildernaus den 2D-Bilddaten in der Regel rechentechnisch aufwendig. Demgemäß kann bei einemTomographiesystem eine unerwünschtgroßeMenge an Datenspeicherkapazitätzum Speichern der großenMenge an erfassten 2D-Bilddaten (Pixel) erforderlich sein, und dieEffizienz des Verarbeitens der 2D-Bilddaten zum Rekonstruieren der3D-Bilddaten wird zu einem Problem.
[0014] Diemeisten radiographischen Abbildungssysteme, die traditionell für eine Prüfung verwendetwerden, sind analoge Geräte,z. B. die fürdie oben beschriebenen Laminografietechniken verwendeten. Ohne bedeutendeAufrüstungendieser analogen Abbildungssysteme ist es unwahrscheinlich, dasssie die Bildverarbeitungsgeschwindigkeit, die für Produktionsumgebungen eineshohen Durchsatzes erwünschtsind, erreichen können.Dementsprechend fängtman damit an, bei PrüfsystemenAbbildungssysteme auf Digitalbasis zu verwenden, beispielsweisedas oben beschriebene Kegelstrahltomographiesystem. Abbildungssystemeauf Digitalbasis erzeugen in der Regel eine enorme Menge an Bilddaten,die verwaltet und verarbeitet werden muss, um eine Rekonstruktionvon Querschnittsbildern durchzuführen.Demgemäß bestehtein Wunsch nach einer kosteneffizienten Technik, die in der Lageist, die Bilddaten auf effiziente Weise auf der Grundla ge einesderartigen Abbildungssystems auf Digitalbasis zu verarbeiten.
[0015] DieAufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren, einenRekonstruktionsprozessor sowie ein System mit verbesserten Charakteristikazu schaffen.
[0016] DieseAufgabe wird durch Verfahren gemäß Anspruch1 oder 11, durch einen Rekonstruktionsprozessor gemäß Anspruch16 sowie durch ein System gemäß Anspruch22 gelöst.
[0017] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und Verfahren,die eine parallele Bildrekonstruktion von mehreren Tiefenschichteneines Prüfobjektsermöglichen.Insbesondere sind ein System und Verfahren vorgesehen, bei denenBilddaten (Pixel) fürein Objekt (z.B. eine Region desselben) erfasst werden und dieseBilddaten verarbeitet werden, um Querschnittsbilddaten für mehrereTiefenschichten des Objekts parallel zu rekonstruieren.
[0018] Gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Rekonstruieren vonQuerschnittsbildern eines Objekts von radiografischen Bildern desObjekts vorgesehen. Das Verfahren umfasst ein Empfangen von Pixelneines radiografischen Bildes eines Objekts an einem Bildrekonstruktionsprozessor,der wirksam ist, um die empfangenen Pixel zu verarbeiten, um Querschnittsbilderdes Objekts zu rekonstruieren, wobei die Verarbeitung durch denBildrekonstruktionsprozessor unabhängig von der Reihenfolge ist,in der die Pixel empfangen werden. Das Verfahren umfasst ferner,dass, fürzumindest ein erstes empfangenes Pixel, der Bildrekonstruktionsprozessoreine Mehrzahl von Voxeln bestimmt, zu denen zumindest ein erstesempfangenes Pixel beiträgt,und dass der Bildrekonstruktionsprozessor einen Beitrag zumindesteines ersten Pixels auf die Mehrzahl von Voxeln parallel anwendet.
[0019] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Rekonstruierenvon Querschnittsbildern eines Objekts von radiografischen Bilderndes Objekts vorgesehen, das ein Empfangen zumindest eines Pixelseines radiografischen Bildes eines Objekts an einem Bildrekonstruktionsprozessorumfasst. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen von zugeordnetenPositionsdaten fürdas zumindest eine Pixel an dem Bildrekonstruktionsprozessor. DasVerfahren umfasst ferner, dass der Bildrekonstruktionsprozessorauf der Basis zumindest eines Teils der empfangenen Positionsdatenein erstes Voxel einer ersten Schicht des Objekts bestimmt, zu demdas zumindest eine Pixel beiträgt,und dass der Bildrekonstruktionsprozessor zumindest teilweise aufder Basis der empfangenen Positionsdaten ein zweites Voxel einer zweitenSchicht des Objekts bestimmt, zu dem zumindest ein Pixel beiträgt. DasVerfahren umfasst ferner, dass der Bildrekonstruktionsprozessorden jeweiligen Beitrag zumindest eines Pixels auf das erste Voxelund das zweite Voxel parallel anwendet.
[0020] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung weist ein Rekonstruktionsprozessor zumindestein Eingangstor zum Empfangen von Pixeln eines radiografischen Bildeseines Objekts auf. Der Rekonstruktionsprozessor weist ferner zumindestein Eingangstor zum Empfangen von Positionsdaten, die einem empfangenenPixel zugeordnet sind, auf. Der Rekonstruktionsprozessor weist fernereine Bildverarbeitungslogik auf, die wirksam ist, um zumindest teilweiseauf der Basis der empfangenen Positionsdaten eines empfangenen Pixelsein erstes Voxel einer ersten Schicht des Objekts und ein zweitesVoxel einer zweiten Schicht des Objekts, zu denen das empfangenePixel beiträgt,zu bestimmen, wobei die Bildverarbeitungslogik wirksam ist, um denjeweiligen Beitrag des empfangenen Pixels zu dem ersten Voxel unddem zweiten Voxel parallel anzuwenden.
[0021] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist ein System zum Rekonstruieren vonQuerschnittsbildern eines Objekts von radiografischen Bildern desObjekts vorgesehen. Das System umfasst eine Einrichtung zum Erfassenvon Pixeln eines Objekts, wobei die Einrichtung zum Erfassen eine nichtzusammenhängendeSensoranordnung aufweist. Das System umfasst ferner eine Einrichtung_ zum Verarbeiten eines durch die Erfassungseinrichtung erfasstenPixels, um mehrere Schichten des Objekts parallel zu rekonstruieren.
[0022] ImVorstehenden wurden die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegendenErfindung grob umrissen, damit die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindungbesser verständlichwird. Im folgenden werden zusätzlicheMerkmale und Vorteile der Erfindung beschrieben, die den Gegenstandder Patentansprücheder Erfindung bilden. Fachleute sollten erkennen, dass das offenbarteKonzept und spezifische Ausführungsbeispielohne weiteres als Grundlage zum Modifizieren oder Entwerfen andererStrukturen zum Ausführenderselben Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.Fachleute sollten ferner erkennen, dass derartige äquivalenteKonstruktionen nicht von der Wesensart und dem Schutzumfang derErfindung, wie sie bzw. er in den beigefügten Patentansprüchen dargelegtist, abweichen. Die neuartigen Merkmale, die als für die Erfindungcharakteristisch gehalten werden, sowohl in bezug auf ihre Organisationals auch auf ihre Funktionsweise, werden zusammen mit weiteren Zielenund Vorteilen aus der folgenden Beschreibung besser verständlich,wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren betrachtet werden.Es wird jedoch ausdrücklichbetont, dass jede der Figuren lediglich zu Veranschaulichungs- undBeschreibungszwecken geliefert wird und keine Definition der Grenzender vorliegenden Erfindung darstellen soll.
[0023] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend aufdie beiliegenden Zeichnungen nähererläutert.Es zeigen:
[0024] 1A und 1B eine schematische Darstellung einerbeispielhaften Geometrie eines digitalen Tomosynthesesystems, diebei Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
[0025] 2A ein kubisches Objekt,das in 125 (5 × 5 × 5) kubischeVolumenelemente bzw. Voxel identischer Größe unterteilt wurde;
[0026] 2B zwei Querschnittsschichtenvon Voxeln fürdas Objekt der 2A;
[0027] 2C ein exemplarisches radiografischesAbbildungssystem, das zum Erfassen radiografischer Bilder einesObjekts verwendet werden kann, die zum Rekonstruieren von Querschnittsbilderngemäß Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung verarbeitet werden können;
[0028] 3A bis 3D beispielhafte Querschnittsbilder,die anhand eines 3D-Rekonstruktionsprozesses für ein Musterobjekt erzeugtwerden können;
[0029] 4 eine exemplarische Anordnunggedruckter Schaltungsplatinen, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegendenErfindung geprüftwerden können;
[0030] 5 ein beispielhaftes Blockdiagrammauf hoher Ebene einer bevorzugten Implementierung einer Rekonstruktionsprozessoreinheiteines Ausführungsbeispielsder vorliegenden Erfindung;
[0031] 6 ein Blockdiagramm einerexemplarischen Implementierung des Rekonstruktionsprozessors der 5 in mehr Einzelheiten;
[0032] 7 eine exemplarische Übersichteiner Prüfsystemkonfiguration,bei der Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung implementiert sein können;
[0033] 8 eine exemplarische Systemkonfiguration,in der zwei Rekonstruktionsprozessoren zum Hochskalieren der Anzahlvon verwendeten Rekonstruktionsspeichern enthalten sind;
[0034] 9 eine exemplarische Systemkonfiguration,in der zwei Rekonstruktionsprozessoren und zwei Eingangspixelbussezum Hochskalieren der Anzahl von verwendeten Pixeleingangsbussenenthalten sind; und
[0035] 10A–10C beispielhafte,nicht zusammenhängendeSensoranordnungen, die zum Erfassen von Bilddaten (Pixeln), diedurch den Rekonstruktionsprozessor bestimmter Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung verarbeitet werden sollen, implementiertsein können.
[0036] VerschiedeneAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung ermöglicheneine effiziente Verarbeitung von radiografischen Bildern eines zustudierenden Objekts zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern einesderartigen Objekts. Vorzugsweise ist eine Bildrekonstruktionsvorrichtung(z.B. ein „Rekonstruktionsprozessor") vorgesehen, diebeispielsweise in einem automatisierten Prüfsystem zum Prüfen vonProdukten (z.B. Schaltungsplatinen), die auf einem Montageband hergestelltwerden, zur Qualitätskontrollederartiger Produkte implementiert sein kann. Bestimmte Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung ermöglicheneine ausreichend schnelle Rekonstruktion von Querschnittsbilderneines Prüfobjekts,so dass ein automatisiertes Prüfsystem,bei dem die Bildrekonstruktionsvorrichtung implementiert ist, inder Lage ist, mit Hochgeschwindigkeits-Fertigungsstraßen Schrittzu halten. Wie nachstehend näherbeschrieben wird, ermöglichenAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung eine parallele Rekonstruktion von Bildernvon mehreren Tiefenschichten eines Objekts. Wenn beispielsweiseein Pixel eines radiografischen Bildes in der Bildrekonstruktionsvorrichtunggemäß zumindesteinem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung empfangen wird, bestimmt diese Bildrekonstruktionsvorrichtungzumindest ein Voxel fürjede einer Mehrzahl von verschiedenen Tiefenschichten, zu dem dasempfangene Pixel beiträgt,und wendet diesen Beitrag des Pixels parallel an jede der Mehrzahlvon verschiedenen Tiefenschichten an.
[0037] Gemäß Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung, die nachstehend näher beschrieben werden, können radiografischeBilder (z.B. Röntgenstrahlenbilder)eines Prüfobjektsdurch ein radiografisches Abbildungssystem erfasst werden, und derartigeradiografische Bilder werden verarbeitet, um Querschnittsbilder desObjekts zu rekonstruieren. Vorzugsweise wird ein radiografischesAbbildungssystem auf Digitalbasis, z.B. ein Kegelstrahltomografie-Abbildungssystem,verwendet, um radiografische Bilder eines Prüfobjekts zu erfassen, wobeiein derartiges radiografisches Abbildungssystem auf DigitalbasisBilder in digitaler Form (d.h. „Pixel") ausgibt. Allgemein rekonstruiert diedigitale Tomosynthese rechnerisch einen Querschnitt eines 3D-Bildes ausgehendvon mehreren Übertragungsbildern,die aus verschiedenen Winkeln aufgenommen wurden. Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise in einem digitalenTomosynthesesystem implementiert, um Voxel eines Objekts ausgehendvon den erfassten radiografischen Bildern (Pixeln) auf effizienteWeise zu rekonstruieren (z.B. um Querschnittsbilder zu erzeugen).
[0038] BeiAusführungsbeispielender vorliegenden Erfindung werden die erfassten radiografischenBilder eines Objekts in eine Bildrekonstruktionsvorrichtung eingegeben,um ausgehend von diesen radiografischen Bildern eine Mehrzahl vonQuerschnittsbildern des Prüfobjektszu rekonstruieren. wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird,rekonstruiert eine derartige Bildrekonstruktionsvorrichtung dieMehrzahl _ von Querschnittsbildern (die mehreren Tiefenschichtendes Objekts entsprechen) vorzugsweise parallel, wodurch die Querschnittsbilderauf effiziente Weise rekonstruiert werden. Insbesondere verarbeitetdie Bildrekonstruktionsvorrichtung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,wenn jedes Pixel eines erfassten radiografischen Bildes durch dieBildrekonstruktionsvorrichtung empfangen wird, dieses Pixel für mehrereTiefenschichten (oder „Querschnitte") des Objekts parallel.Beispielsweise bestimmt die Bildrekonstruktionsvorrichtung für ein empfangenesPixel vorzugsweise parallel den Beitrag, den dieses Pixel zu jedervon mehreren Schichten des Prüfobjektsleistet. Somit werden mehrere Querschnitte insofern parallel rekonstruiert,als ein Beitrag eines Pixels zu jedem dieser mehreren Querschnitteparallel auf die mehreren Querschnitte angewendet wird. Bei bestimmtenAnwendungen kann die Mehrzahl von rekonstruierten Querschnittsbildernverwendet werden, um ein vollständiges3D-Bild des Prüfobjekts(oder zumindest eines Teils des Objekts) zu konstruieren.
[0039] Einparalleles Verarbeiten jedes Pixels für mehrere Tiefenschichten gemäß Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung liefert mehrere Vorteile. Erstens ermöglicht eseine effizientere Rekonstruktion von Querschnittsbildern eines Prüfobjekts.Im Gegensatz zu einer Verwendung von empfangenen Pixeln, um zuersteine erste Schicht zu konstruieren und dann später diese Pixel erneut zu erfassenund/oder erneut zu verwenden, um eine zweite Schicht zu rekonstruieren,kann ein empfangenes Pixel parallel auf mehrere Schichten angewendetwerden, wodurch das Erfordernis, dieses Pixel für die mehreren Schichten seriellerneut zu er fassen und/oder erneut zu verarbeiten, entfällt. Wienachstehend beschrieben wird, ermöglichen beispielsweise bestimmteAusführungsbeispiele,dass die Rekonstruktion in Echtzeit durchgeführt wird. Ferner kann die Parallelverarbeitungstechnikvon Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung die Menge an Bilddaten, die für den Rekonstruktionsprozessgespeichert werden muss, verringern. Beim Verwenden eines radiografischenSystems auf Digitalbasis besteht in der Regel ein Hauptanliegendarin, wie mit der riesigen Menge an Bilddaten, die erfasst werden,umgegangen werden soll. Parallelverarbeitungstechniken von Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung könnendie Bilddatenmenge, die währenddes Rekonstruktionsprozesses gespeichert wird, verringern, da, wennein Pixel empfangen wird, sein Beitrag zu mehreren Schichten parallel bestimmtwerden kann, und danach das Pixel nicht zurückbehalten werden muss (wiedies der Fall wäre,wenn es füreine spätereRekonstruktion bestimmter Schichten benötigt würde).
[0040] Fernerliefert ein bevorzugtes Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung eine Bildrekonstruktionsvorrichtung,die insofern generisch ist, als sie mit beliebigen diversen unterschiedlichenradiografischen Abbildungssystemkonfigurationen verwendet werdenkann, und/oder als beliebige diverse unterschiedliche Bildverarbeitungstechnikenzum Verarbeiten empfangener Bildpixel, um Querschnittsbilder zurekonstruieren, in derselben implementiert sein können. Diverseunterschiedliche Konfigurationen eines radiografischen Abbildungssystemszum Abbilden eines Prüfobjektssind bekannt. Als Beispiele sind diverse unterschiedliche Abtastwege(oder Schrittmuster) zum Abbilden eines Prüfobjekts bekannt, und diverseunterschiedliche Anordnungen von Detektorarrays sind bekannt. Eineparallele Rekonstruktion mehrerer Tiefenschichten wird für verschiedeneimplementierte Rekonstruktionsprozesse (z.B. Rückprojektion oder Verschieben-Und-Hinzufügen-Algorithmus)ermöglicht.Das heißt,dass eine derartige parallele Rekonstruktion nicht von einem spezifischenRekonstruktionsprozess oder einer spezifischen Abbildungssystemkonfigurationabhängigist, sondern statt dessen kann jegliche r) von vielen verschiedenentomosynthetischen Rekonstruktionsprozessen und Abbildungssystemkonfigurationenverwendet werden.
[0041] DiewünschenswertesteKonfiguration eines radiografischen Abbildungssystems (z.B. derwünschenswertesteAbtastweg und/oder die wünschenswertesteDetektorarrayanordnung) kann fürverschiedene Arten von geprüftenObjekten variieren (z.B. von einem Typ einer geprüften Schaltungsplatinezu einem anderen). Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung liefert eine Bildrekonstruktionsvorrichtung, die wirksamist, um fürjegliche von diversen unterschiedlichen radiografischen Abbildungssystemkonfigurationeneine effiziente Bildrekonstruktion (z.B. unter Verwendung einerparallelen Rekonstruktion von mehreren Querschnitten) zu liefern.Somit ist die Funktion der Bildrekonstruktionsvorrichtung einesbevorzugten Ausführungsbeispielsnicht von einer bestimmten radiografischen Abbildungssystemkonfiguration(z.B. einem jeweiligen Abtastweg, einer jeweiligen Detektorarrayanordnungusw.) abhängig,um eine parallele Rekonstruktion mehrerer Querschnitte zu liefern.Vielmehr ist, wie nachstehend näherbeschrieben wird, die Bildrekonstruktionsvorrichtung bei einem bevorzugtenAusführungsbeispielwirksam, um willkürlichePixel (d.h. Pixel in einer beliebigen Reihenfolge) von einem radiografischenAbbildungssystem zu empfangen, die Voxel jedes einer Mehrzahl vonQuerschnitten, zu denen ein empfangenes Pixel beiträgt, zu bestimmenund den jeweiligen Beitrag eines derartigen Pixels auf jedes derbestimmten Voxel anzuwenden. Somit ist der parallele Rekonstruktionsprozesseines bevorzugten Ausführungsbeispielsnicht von einer spezifischen Reihenfolge abhängig, in der Pixel von einemradiografischen Abbildungssystem empfangen werden, sondern kannstatt dessen fürbeliebige diverse unterschiedliche radiografische Abbildungsprozesse(z.B. jegliche diverse unterschiedliche Abtastwege) durchgeführt werden.Dementsprechend muss das radiografische Abbildungssystem nicht auf eine bestimmteWeise konfiguriert sein, um eine parallele Verarbeitung durch dieBildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispielszu ermöglichen,sondern statt dessen könnenbeliebige diverser unterschiedlicher radiografischer Abbildungssystemkonfigurationen,die digitale Bilddaten (Pixel) fürein Prüfobjekt ausgeben,in Verbindung mit der Bildrekonstruktionsvorrichtung verwendet werden.Die Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispielsist ausreichend flexibel, um eine parallele Verarbeitung für beliebigediverser unterschiedlicher radiografischer Abbildungssystemkonfigurationendurchzuführen.
[0042] Fernerkönnenbei der Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispielsbeliebige diverser unterschiedlicher Bildverarbeitungstechnikenzum Rekonstruieren von Querschnittsbildern implementiert sein. Beispielsweisesind in der Technik diverse Rückprojektions-und andere tomosynthetische Bildverarbeitungstechniken bekannt,und jegliche einer Mehrzahl von unterschiedlichen Typen von Bildverarbeitungstechnikenkönnenan der Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispielsimplementiert sein. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist beispielsweisewirksam, um ein Pixel (z.B. ein willkürliches Pixel, wie oben erwähnt) voneinem radiografischen Abbildungssystem zu empfangen, die Voxel jedeseiner Mehrzahl von Querschnitten, zu denen das empfangene Pixelbeiträgt,zu bestimmen und eine gewünschteBildverarbeitungstechnik (z.B. eine Rückprojektions- oder Verschieben-Und-Hinzufügen-Technik usw.)zu verwenden, um den jeweiligen Beitrag eines derartigen Pixelsauf jedes der bestimmten Voxel anzuwenden. Somit ist der paralleleRekonstruktionsprozess eines bevorzugten Ausführungsbeispiels nicht von einerspezifischen Bildverarbeitungstechnik abhängig, die zum Durchführen derRekonstruktion verwendet wird, sondern kann statt dessen unter Verwendungbeliebiger einer Mehrzahl unterschiedlicher Typen von Rekonstruktionsprozessen(z.B. unterschiedlicher Typen von Rückprojektionstechniken, Verschieben-Und-Hinzufügen-Technikenusw.) durchgeführtwerden. Somit liefern Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung eine allgemeine Lösung, die beliebige diverserunterschiedlicher Typen von Bildverarbeitungstechniken implementierenkann (z.B. beliebige von diversen unterschiedlichen Rekonstruktionstechnikenauf Rückprojektionsbasis,wie z.B. eine beliebige auf Rückprojektionbasierte Rekonstruktionstechnik, die bei den Rückprojektion-Blöcken 604A und 604B,die nachfolgend in Verbindung mit 6 beschriebenwerden, wirksam ist).
[0043] Angesichtsdes Vorstehenden liefert ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung eine generische Bildrekonstruktionsvorrichtung, die beivielen unterschiedlichen radiografischen Abbildungssystemkonfigurationenund bei vielen unterschiedlichen Bildrekonstruktionstechniken (z.B.diversen unterschiedlichen tomosynthetischen Rekonstruktionstechniken)wirksam ist, was mehrere Vorteile liefert. Erstens können zumPrüfenunterschiedlicher Objekttypen unterschiedliche radiografische Abbildungssystemkonfigurationengewünschtwerden (z.B. könnenunterschiedliche Abtastwege, unterschiedliche Detektoranordnungenusw. gewünschtwerden), und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel befähigt dieBildrekonstruktionsvorrichtung, bei vielen unterschiedlichen radiografischenAbbildungssystemkonfigurationen, die zum Prüfen eines gegebenen Objekttypsgewünschtsein mögen,ohne weiteres verwendet zu werden. Ein weiterer Vorteil bestehtdarin, dass unterschiedliche radiografische Abbildungssystemkonfigurationengewünschtwerden können,um die Kosten des Abbildungssystems zu verringern oder um die Leistungsfähigkeitdes Abbildungssystems zu erhöhen.Somit kann das radiografische Abbildungssystem für eine gegebene Anwendung (z.B.zum Abbilden eines bestimmten Objekttyps, zum Verringern der Kostenoder zum Erhöhender Leistungsfähigkeit) aufoptimale Weise konfiguriert werden, und die Bildrekonstruktionsvorrichtungeines bevorzugten Ausführungsbeispielsist ohne weiteres in der Lage, bei vielen radiografischen Abbildungssystemkonfigurationen,die even tuell gewünschtwerden, verwendet zu werden. Wie nachstehend ausführlicherbeschrieben wird, ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Bildrekonstruktionsvorrichtungskalierbar und kann somit ohne weiteres bezüglich beliebiger unterschiedlicherSkalen einer Bildverarbeitung angepasst werden. Falls ein radiografischesAbbildungssystem beispielsweise konfiguriert ist, um eine Mehrzahlvon Pixeln _ parallel auszugeben, ist die Bildrekonstruktionsvorrichtungeines bevorzugten Ausführungsbeispielsskalierbar, um in der Lage zu sein, eine derartige Mehrzahl vonPixeln zu empfangen und parallel zu verarbeiten. Ferner sind Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung skalierbar, um zu ermöglichen, dass eine beliebigeAnzahl von Tiefenschichten parallel rekonstruiert wird. Ein weitererVorteil eines Ausführungsbeispielsder vorliegenden Erfindung ist seine Fähigkeit, unterschiedliche tomosynthetischeRekonstruktionstechniken zu verwenden, was eine Feinabstimmung desrekonstruierten Bildes ermöglicht,um dem Anwendungsbereich genau zu entsprechen. UnterschiedlicheRekonstruktionstechniken erzeugen Bilder mit unterschiedlichen Charakteristikaoder Artefakten. Fachleute werden diverse andere Vorteile einerderartigen generischen Bildrekonstruktionsvorrichtung erkennen.
[0044] Wieoben beschrieben wurde, wird eine Bildverarbeitung von Objekten,z.B. Lötverbindungen,bei automatisierten Prüfsystemenzur Qualitätskontrolleverwendet. Beispielsweise kann eine Lötverbindung auf einer gedrucktenSchaltungsplatine abgebildet werden (z.B. durch ein radiografischesAbbildungssystem), und ein derartiges Bild kann durch ein automatisiertesPrüfsystemverarbeitet werden, um diverse Parameter, z.B. Länge, Breite, Krümmung, relativeOpazitätund ähnlicheWerte der Lötverbindung,zu bestimmen. Die diversen fürdie Lötverbindungbestimmten Parameter könnendann durch das automatisierte Prüfsystemausgewertet werden, um zu bestimmen, ob die Lötverbindung eine akzeptableQualitätaufweist.
[0045] Beispielsweisekann die Dicke eines Lötmaterials(das in der Regel eine Kombination aus Blei und Zinn ist) seitenseines automatisierten Prüfsystemsdurch eine Analyse eines Röntgenstrahlenbildesbzw. von Röntgenstrahlenbilderndes Lötmaterialsgeprüftwerden. Bei einem Röntgenstrahlenbildeines Lötmaterials bestehteine Beziehung zwischen den Intensitäten, die das Röntgenstrahlenbildund die Dicke des Lötmaterials,das das Röntgenstrahlenbildbildet, umfassen. In der Regel nimmt die Bildintensität von Werten,die helleren Grauschattierungen (Weiß) entsprechen, auf Werte,die dunkleren Grauschattierungen (Schwarz) entsprechen, zu, wenndie Dicke des Lötmaterialszunimmt. Das heißt,dass das Bild eines dünnenLötmittelabschnittseine Graustufe aufweist, die geringer ist als die Graustufe desBildes eines dickeren Lötmittelabschnitts.Das Bild des dünnenAbschnitts scheint eine hellere Grauschattierung aufzuweisen alsdas Bild des dickeren Abschnitts. Diese Konvention wird üblicherweisebei der elektronischen Bilddarstellung von Röntgenstrahlenbildern verwendet,es kann jedoch auch die umgekehrte Konvention verwendet werden,d.h. bei der das Bild eines dünnenLötmittelabschnittseine Graustufe aufweist, die stärkerist als die Graustufe des Bildes eines dickeren Lötmittelabschnitts.Die letztgenannte Konvention wird traditionell bei der Filmradiografieverwendet, bei der die Röntgenstrahlenbilderauf Röntgenfilmaufgezeichnet werden. Beide Konventionen können bei Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung implementiert sein.
[0046] Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise in einem digitalen3D-Tomografiesystem implementiert. In der Technik sind verschiedenedigitale 3D-Tomografieabbildungssystemehinreichend bekannt, von denen viele in Verbindung mit Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung verwendet werden können, und somit werden beispielhafteAbbildungssysteme hierin nur kurz beschrieben, um die Aufmerksamkeitnicht von dem erfindungsgemäßen Systemund Verfahren zum Rekonstruieren von 3D-Bilddaten (Voxel) für ein Prüfobjektabzulenken. Exemplarische 3D- Tomografiesysteme,die zur Verwendung bei industriellen Prüfsystemen vorgeschlagen wurdenund bei denen Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung implementiert sein können, umfassen diejenigen,die in der US-PatentschriftNr. 6,002,739 mit dem Titel „COMPUTEDTOMOGRAPHY WITH ITERATIVE RECONSTRUCTION OF THIN CROSS-SECTIONAL PLANES" und in der US-PatentschriftNr. 6,178,223 mit dem Titel „IMAGERECONSTRUCTION METHOD AND APPARATUS", deren Offenbarungen in ihrer Gesamtheitdurch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen sind, offenbartsind. Selbstverständlichkönnendiverse andere digitale 3D-Tomografiesystemkonfigurationen,die derzeit bekannt sind oder in Zukunft entwickelt werden, verwendetwerden, und Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung könnenbei derartigen Systemen implementiert werden, um die Effizienz des3D-Rekonstruktionsprozesses derselben zu verbessern. Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung könnenin Verbindung mit jeglicher radiografischen Abbildungseinrichtungverwendet werden, die in der Lage ist, Bilddaten (Pixel) eines Prüfobjektszu erfassen. Insbesondere, wie nachstehend näher beschrieben wird, können Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer derartigen radiografischenAbbildungseinrichtung verwendet werden, um 3D-Bilddaten (Voxel)für dasPrüfobjektauf effiziente Weise ausgehend von den erfassten Pixeldaten zu rekonstruieren.
[0047] 1A – 1B zeigeneine schematische Darstellung einer beispielhaften Geometrie einesdigitalen Tomosynthesesystems, die bei Ausführungsbeispielen der vorliegendenErfindung verwendet werden kann. Im einzelnen zeigen 1A – 1B einbeispielhaftes Kegelstrahltomographiesystem. Eine Röntgenstrahlenquelle 20 emittiertRöntgenstrahlenauf ein Objekt 10 (z. B. eine Schaltungsplatinenanordnung),die sich in der Prüfungbefindet, und die Röntgenstrahlen,die das Objekt 10 durchdringen, werden durch ein Arrayvon Sensoren (oder Detektoren) 30 erfasst. Um mehrere Ansichteneiner Region eines Objekts 10 zu erhalten (z. B. zum Rekon struierenvon Querschnittsbildern dieser Region), kann bzw. können entwederdie Röntgenstrahlenquelle 20,das Objekt 10 und/oder das Sensorarray 30 effektivbewegt werden. Beispielsweise zeigt 1A einBeispiel einer Region 10_A des Objekts 10,die bei einem ersten Blickwinkel abgebildet wird, und 1B zeigt ein Beispiel einerderartigen Region 10_A des Objekts 10,die bei eine zweiten Blickwinkel abgebildet wird. Wie oben beschriebenwurde, könnenBilddaten aus mehreren Ansichten einer Region verarbeitet werden(z. B. mit Rückprojektions-oder Verschieben-und-Hinzufügen-Algorithmen), umQuerschnittsbilder der Region zu rekonstruieren.
[0048] Beidieser beispielhaften Implementierung kann die Röntgenstrahlenquelle 20 eineElektronenstrahlenquelle umfassen, die eine (nicht gezeigte) Leistungsversorgungzum Betreiben der Röntgenstrahlenquelle 20 beieinem gewünschtenSpannungspegel, um Röntgenstrahlenzu erzeugen, aufweist. Ein Elektronenstrahl 40, der durcheine Geladene-Teilchen-Kanonein der Röntgenstrahlenquelle 20 erzeugtwird, wird überdie Quelle einer Zielanordnung 22 (die eine geerdete Anodesein kann) in einem vorbestimmten Muster (z. B. einem Abtast- oderSchrittgebungsmuster) abgelenkt. Die Röntgenstrahlenquelle 20 umfaßt einenMechanismus zum Steuern der Bewegung des Elektronenstrahls 40 über dieZielanordnung 22, z. B. ein Ablenkjoch 21 unter derSteuerung eines Elektronenstrahlbildgenerators (nicht gezeigt).Ein durch die beispielhafte Geometrie der Röntgenstrahlenquelle 20 gelieferterVorteil besteht darin, dass sie ermöglicht, dass Röntgenstrahlenvon mehreren Winkeln auf ein Objekt 10 projiziert werden,ohne dass eine physische Umpositionierung der Röntgenstrahlenquelle 20 erforderlichist. Beispielsweise könnenRöntgenstrahlen 41 erzeugtwerden, indem die Oberflächeeiner Röntgenstrahlenröhre miteinem Elektronenstrahl 40 bombardiert wird, und indem derElektronenstrahl 40 elektronisch abgelenkt wird, kann dieRöntgenstrahlenquelle 20 effektivbewegt werden. Somit bewegen sich die Röntgenstrahlen 20 und/oderdas Sensorarray 30 e ventuell gar nicht (sondern können statt dessenin ihrer Position feststehend sein), und statt dessen kann der Effektihrer Bewegung durch andere Techniken erzielt werden, z. B. durchAblenken des Elektronenstrahls 40 der Röntgenstrahlröhre (z.B. um eine Abbildung des Objekts 10 bei diversen unterschiedlichenBlickwinkeln zu erzielen).
[0049] Inden 1A – 1B ist die Zielanordnung 22 entworfen,um Röntgenstrahlenzu emittieren, die bei 1A einendivergierenden Strahl 41 bilden und bei 1B einen divergierenden Strahl 42 bilden,die das Sensorarray 30 (aus verschiedenen Blickwinkeln)jeweils direkt unterbrechen. Im Betrieb kann der Elektronenstrahl 40 zuerstan einer Position 50 an der Zielanordnung 22 verweilen,wie in 1A gezeigt ist.Wenn der Elektronenstrahl 40 die Zielanordnung 22 ander Position 50 trifft, wird ein divergierender Röntgenstrahl 41 emittiert.Der Elektronenstrahl 40 kann dann an die Position 51 ander Zielanordnung 22 gelenkt werden, wie in 1B gezeigt ist. Wenn derElektronenstrahl 40 die Zielanordnung 22 an derPosition 51 trifft, wird ein divergierender Röntgenstrahl 42 emittiert,der ermöglicht,dass Bilddaten bei einem anderen Blickwinkel als dem der 1A durch das Sensorarray 30 erfasstwerden. Bei bestimmten Ausführungsbeispielenkann ein Kollimatorgitter implementiert sein, um, wie beispielsweisein der U.S.-PatentschriftNr. 6,178,223 beschrieben ist, in Umgebungen, in denen ein Begrenzender Belichtung des Objekts 10 (oder anderer vorliegenderObjekte) auf Röntgenstrahlenwünschenswertist (z. B. wenn das Objekt 10 ein Mensch ist, wie bei medizinischenAnwendungen), die Röntgenstrahlen 41 und 42 zulenken.
[0050] Beibestehenden radiographischen Abbildungssystemen kann das Sensorarray 30 eineMehrzahl von in einem Array angeordneten diskreten Detektoren (diehierin als „Detektorelemente" bezeichnet sind)umfassen. Jedes Detektorelement umfaßt eine Oberfläche, dieeinen Erfassungsbereich zum Erfassen von Röntgenstrahlen aufweist, wiein der Technik hinreichend bekannt ist. Jedes Detektorelement kannin der Lage sein, die Menge an Röntgenstrahlen,die es treffen, unabhängigzu messen. Wenn ein Objekt 10 zwischen der Röntgenstrahlenquelle 20 unddem Sensorarray 30 angeordnet ist, gelangen manche derRöntgenstrahlenin dem Röntgenstrahlenbündel 41 (der 1A) durch einen Abschnittdes Objekts 10, und wenn sie nicht gestreut oder absorbiertwerden, treffen sie die Detektorelemente, die das Sensorarray 30 bilden.Die Röntgenstrahlen, diejegliches einzelne Detektorelement treffen, umfassen einen Teildes Röntgenstrahlenbündels 41,der hierin als Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad bezeichnetwird.
[0051] JedesDetektorelement kann Komponenten zum Messen der Menge an Röntgenstrahlenphotonen,die das Detektorelement treffen, und zum Ausgeben eines Signals,das fürdiese Messung repräsentativist, aufweisen. Alternativ dazu kann jedes Detektorelement Komponentenzum Erzeugen eines elektrischen Signals umfassen, das allgemeinproportional zu der Gesamtenergie der Röntgenstrahlen ist, die dasDetektorelement treffen. Die Größe der erzeugtenelektrischen Signale entspricht der Flussintensität der Röntgenstrahlenvon dem jeweiligen Röntgenstrahlenbündel-Teilpfaddes Röntgenstrahlenbündels 41.Jedes Detektorelement kann ein Pixel erzeugen, das den durch dasselbeerfassten Röntgenstrahlenentspricht. Eine Verwendung eines Sensorarrays 30, dasdie Röntgenstrahlen,die jedes Detektorelement treffen, unabhängig misst, führt zu der Erzeugungvon Röntgenstrahlendurchlässigkeitsinformationen,die zu dem Röntgenstrahlenfluss,der entlang bestimmter Röntgenstrahlenbündel-Teilpfade durch dasObjekt 10 gelangt, proportional sind. Die sich ergebendenIntensitätsdatenkönnenverwendet oder manipuliert werden, um eine Darstellung des Objekts 10 zu erzeugen.
[0052] Selbstverständlich können beiAusführungsbeispielender vorliegenden Erfindung verschiedene andere Konfigurationen einesdigitalen radiographischen Abbildungssystems imple mentiert sein,das wirksam ist, um digitale, radiographische Bilder eines Objekts 10 zuerfassen, einschließlich,jedoch nicht ausschließlich, derin der U.S.-Patentschrift Nr. 6,178,223 offenbarten. Während inVerbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung ein radiographisches Kegelstrahlabbildungssystem, z. B.das der 1A – 1B, verwendet wird, sollteman erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezifische Konfigurationeines digitalen radiographischen Abbildungssystems beschränkt ist.Vielmehr kann jegliche Konfiguration eines digitalen radiographischenAbbildungssystems wirksam, um digitale, radiographische Bilddaten(Pixel) eines Objekts 10, die derzeit bekannt ist oderin Zukunft entwickelt wird, bei Ausführungsbeispielen der vorliegendenErfindung implementiert sein. Das heißt, dass verschiedene derzeitbekannte oder in Zukunft zu entwickelnde Konfigurationen zum Erfassenvon digitalen, radiographischen Bildern eines Objekts 10 in Verbindungmit der nachstehend beschriebenen Bildrekonstruktionsvorrichtungverwendet werden, um ausgehend von den radiografischen Bildern aufeffiziente Weise Querschnittsbilder des Objekts 10 (oderRegionen desselben) zu rekonstruieren. Wie nachstehend beschriebenwird, ist ferner ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtungohne weiteres bei vielen unterschiedlichen Konfigurationen einesradiografischen Abbildungssystems wirksam.
[0053] Dieherkömmlichedigitale 3D-Tomographie bewirkt eine Annäherung an ein Objekt durchdiskrete Volumenelemente, die als Voxel bezeichnet werden. „Voxel" (oder „Volumenpixel") sind auf dem Gebietder Bildverarbeitung hinreichend bekannt und werden bei der 3D-Abbildung üblicherweiseverwendet. Im allgemeinen ist ein Voxel der kleinste unterscheidbarekästchenförmige Teileines dreidimensionalen Bildes. „Voxelisierung" ist ein hinreichendbekanntes Verfahren, bei dem einem Bild zusätzliche Tiefe verliehen wird,indem ein Satz von Querschnittsbildern verwendet wird, der als volumetrischerDatensatz bekannt ist.
[0054] ZumZweck eines besseren Verständnissesbestimmter Prinzipien, die üblicherweisebei der 3D-Tomographie verwendet werden und die bei bestimmten Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung, die nachstehend beschrieben werden,verwendet werden können,werden Aspekte herkömmlicherBildverarbeitungstechniken in Verbindung mit den 2A – 2C beschrieben. Ebenso wieAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung nicht auf die in Verbindung mit 1A – 1B beschriebenebeispielhafte radiographische Abbildungssystemkonfiguration beschränkt sind,sollen Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung in keinster Weise durch die in Verbindungmit 2A – 2C beschriebenen allgemeinenBildverarbeitungsprinzipien eingeschränkt werden. Vielmehr werdenBildverarbeitungsprinzipien, z. B. die Verwendung von Voxeln, inVerbindung mit 2A – 2C kurz beschrieben, um dasVerständnisdes Lesers insofern zu fördern,als Prinzipien, wie sie hierin beschrieben werden, bei Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung verwendet werden.
[0055] 2A veranschaulicht ein kubischesObjekt 50, das in 125 (5 × 5 × 5) kubische Voxel einer identischenGröße unterteiltwurde. Zum Zweck einer dreidimensionalen Abbildung des Objekts 50 wirddie Dichte (oder der Absorptionskoeffizient bzw. die Materialdicke)jedes der 125 Voxel aus den Daten rekonstruiert, die in mehrerenAnsichten des Objekts 50 dargestellt sind, wie durch einArray von Sensoren, z. B. das Array 30 in 1A – 1B, erfasst.
[0056] Beivielen Anwendungen ist ein vollständiges 3D-Bild nicht notwendig.Für einePrüfungeiner Anordnung von doppelseitigen gedruckten Schaltungsplatinenkönnenbeispielsweise wenige Bildebenen oder „Querschnitte" ausreichend sein,um die Qualitätder Lötverbindungenzu bestimmen. 2B zeigtzwei Schichten von Voxeln fürdas Objekt 50 der 2A.
[0057] UnterBezugnahme auf 2C istein beispielhaftes radiographisches Abbildungssystem 200 gezeigt, beispielsweisedasjenige, das in der U.S.-Patentschrift Nr. 6,178,223 ausführlicherbeschrieben ist, das zum Erfassen von radiographischen Bildern desObjekts 10 verwendet werden kann. Bei dieser beispielhaftenKonfiguration eines radiographischen Abbildungssystems umfaßt die Quelle 20 einKollimatorgitter 212, das in der Lage ist, eine Mehrzahlvon Röntgenstrahlenbündeln (dieeine Mehrzahl von Röntgenstrahlenbündel-Teilpfaden umfassenkönnen,wie nachfolgend beschrieben wird) bei diversen unterschiedlichenWinkeln auf ein Objekt 10 zu richten. Das heißt, dassein Röntgenstrahlenbündel zunächst beieinem ersten Winkel auf das Objekt 10 gerichtet wird unddass anschließendein Röntgenstrahlenbündel beieinem zweiten Winkel auf das Objekt 10 gerichtet wird usw.,um bei einer Mehrzahl von unterschiedlichen Blickwinkeln Bilddatenfür dasObjekt 10 zu erhalten. Wenn das Kollimatorgitter 212 beidem beispielhaften System 200 der 2C verwendet wird, um Röntgenstrahlenbündel beidiversen unterschiedlichen Winkeln auf das Objekt 10 zurichten, um ausreichende Daten zu erfassen, um verschiedene Tiefenschichtendes Objekts 10 zu rekonstruieren, sollte man erkennen, dassbei anderen Konfigurationen diverse derzeit bekannte oder in Zukunftzu entdeckende Techniken zum gleichzeitigen oder seriellen Erzeugenvon Röntgenstrahlenbündeln, diebei diversen unterschiedlichen Winkeln auf das Objekt 10 gerichtetwerden, verwendet werden können.
[0058] Wiein diesem Beispiel gezeigt ist, sind ein erster Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 201 undein zweiter Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 205 zweivon vielen Röntgenstrahlenbündel-Teilpfaden,die von einer ersten Apertur 210 des Kollimatorgitters 212 ausstrahlen.Zu Übersichtlichkeits- und Erläuterungszweckensind die übrigenRöntgenstrahlenbündel-Teilpfadenicht gezeigt. Manche der Röntgenstrahlen,die sich entlang des ersten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 201 unddes zweiten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 205 bewegen, gelangendurch das Objekt 10 und treffen die Detek toren 225 bzw. 227 desMultidetektorarrays 30. Man wird erkennen, dass die Informationen,die durch Röntgenstrahlen,die sich entlang des ersten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 201 bewegen,an den Detektor 225 geliefert werden, keinem einzigen Punktin dem Objekt 10 entsprechend; vielmehr bildet der Pfaddes ersten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 201,währender durch das Objekt 10 gelangt, ein Volumen, das eine ersteScheibe (oder einen „Querschnitt" oder eine „Tiefenschicht") 230, einezweite Scheibe 235 und eine dritte Scheibe 240 schneidet.Insbesondere erzeugen Röntgenstrahlen,die sich an einem ersten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 201 entlangbewegen,ein Volumen, das vollständigoder teilweise mit einem ersten Voxel 245 (der Tiefenschicht 230),einem zweiten Voxel 250 (der Tiefenschicht 235)und einem dritten Voxel 255 (der Tiefenschicht 240)zusammenfällt.
[0059] Diedurch den Detektor 225 von dem Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 201 erhaltenenInformationen könnenzu einer Rekonstruktion des ersten Voxels 245 in einemrekonstruierten Querschnittsbild, das der Tiefenschicht 230 entspricht,zu einer Rekonstruktion des zweiten Voxels 250 in einemrekonstruierten Querschnittsbild, das der Tiefenschicht 235 entspricht,und zu einer Rekonstruktion des dritten Voxels 255 in einem rekonstruiertenQuerschnittsbild, das der Tiefenschicht 240 entspricht,beitragen.
[0060] Bezüglich deszweiten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 205 können diedurch den Detektor 227 gelieferten Informationen zu einerRekonstruktion eines vierten Voxels 260 in einem rekonstruiertenQuerschnittsbild, das der Tiefenschicht 230 entspricht,zu einer Rekonstruktion eines fünftenVoxels 265 in einem rekonstruierten Querschnittsbild, dasder Tiefenschicht 235 entspricht, und zu einer Rekonstruktioneines sechsten Voxels 270 in einem rekonstruierten Querschnittsbild,das der Tiefenschicht 240 entspricht, beitragen.
[0061] Eindritter Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 275 undein vierter Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 280 sindzwei von vielen Röntgenstrahlenbündel-Teilpfaden,die von einer zweiten Apertur 285 ausstrahlen. Die verbleibendenRöntgenstrahlenbündel-Teilpfade,die von der zweiten Apertur 285 ausstrahlen, sind für die Zweckeder Übersichtlichkeitund Erläuterungnicht gezeigt. Manche der Röntgenstrahlen,die sich entlang des Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 275 unddes Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 280 bewegen,gelangen durch das Objekt 10 und treffen die Detektoren 290 bzw. 291.Wie oben bei den Teilpfaden 201 und 205 beschriebenwurde, entsprechen die Intensitätsinformationen,die dem Detektor 290 durch Röntgenstrahlen geliefert werden,die sich entlang des dritten Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 275 bewegen,keinem einzigen Punkt in dem Objekt 10; vielmehr sind dieIntensitätsinformationeneine Ansammlung von Informationen für ein Volumen, das alle Ebenen/Scheibenzwischen dem Kollimatorgitter 212 der Quelle 20 unddem Sensorarray 30, einschließlich der Ebenen/Scheiben,die das Voxel 270 enthalten, schneidet. Desgleichen entsprechendie Intensitätsinformationen,die dem Detektor 291 durch Röntgenstrahlen geliefert werden,die sich entlang des Röntgenstrahlenbündel-Teilpfads 280 bewegen,keinem einzigen Punkt in dem Objekt 10; vielmehr sind die Intensitätsinformationeneine Anhäufungvon Informationen fürein Volumen, das alle Ebenen/Scheiben zwischen dem Kollimatorgitter 212 derQuelle 20 und dem Sensorarray 30, einschließlich derEbenen/Scheiben, die die Voxel 276, 277 und 278 umfassen,schneidet.
[0062] Pixeldaten,die der durch den Sensor 30 erfassten Intensität entsprechen,werden vorzugsweise durch das radiographische Abbildungssystem 200 aneine Bildrekonstruktionsvorrichtung ausgegeben, die wirksam ist,um die Pixeldaten zum Rekonstruieren von Querschnittsbildern desObjekts zu verarbeiten. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen verarbeitetdie Bildrekonstruktionsvorrichtung die empfangenen Pixeldaten beispielsweisedurch Kombinieren oder Summieren der In tensität für ein Voxel von allen Detektoren,die Röntgenstrahlenerfassen, die sich entlang Röntgenstrahlenbündel-Teilpfaden bewegen,die vollständigoder teilweise mit diesem bestimmten Voxel zusammenfallen und diesemVoxel zu Rekonstruktionszwecken zugewiesen wurden. BeispielsweisekönnenIntensitätsdaten,die durch den Detektor 227 von dem Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 205 ineinem durch denselben ausgegebenen ersten Pixel gesammelt werden,und Intensitätsdaten,die durch den Detektor 290 von dem Röntgenstrahlenbündel-Teilpfad 275 ineinem durch denselben ausgegebenen zweiten Pixel gesammelt werden,beim Rekonstruieren des sechsten Voxels 270 verwendet werden(da beide Röntgenstrahlenbündel-Teilpfade 205 und 275 dassechste Voxel 270 schneiden).
[0063] Dieradiographische Abbildungsgeometrie und -vorrichtung, die unterBezugnahme auf 1A – 1B und 2C beschrieben wurden, sind typisch für diejenigen,die in Verbindung mit Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Jedoch sind spezifischeEinzelheiten dieser Systeme fürdie Praxis der vorliegenden Erfindung, die sich mit einem Handhabenvon radiographischen Bilddaten eines Objekts zur Rekonstruktionvon Querschnittsbildern des Objekts aus denselben befaßt, nichtkritisch. Beispielsweise könnendie spezifischen Einzelheiten der Röntgenstrahlenquelle, des Detektorsbzw. der Detektoren, des Positionierungsmechanismus bzw. der Positionierungsmechanismenzum Positionieren des zu prüfenden Objekts,des Steuersystems (z. B. des Computers) zum Steuern des Betriebsdes Abbildungssystems usw. von System zu System beträchtlichvariieren. Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung sind auf viele unterschiedliche Typenvon radiografischen Abbildungssystemen anwendbar, die wirksam sind,um digitale radiografische Bilder mehrerer Tiefenschichten einesObjekts (z.B. einer Schaltungsplatine) zu erfassen, und Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung verwenden derartige digitale radiografischeBilder, um Querschnittsbilder, die den mehreren Tiefenschichtendes Objekts entsprechen, auf die nachstehend beschriebene Weisezu rekonstruieren.
[0064] 3A – 3D zeigenbeispielhafte Querschnittsbilder, die anhand eines Rekonstruktionsprozessesfür einMusterobjekt 10 erzeugt werden können. Zu Veranschaulichungszweckenweist das in 3A gezeigte Objekt 10 Testmusterin Form eines Pfeils 81, eines Kreises 82 undeines Kreuzes 83 auf, die in drei verschiedenen Ebenen(oder Tiefenschichten) 60a, 60b bzw. 60c indem Objekt 10 eingebettet sind.
[0065] 3B zeigt ein probeweisesQuerschnittsbild (oder eine probeweise „Tomographie") der Tiefenschicht 60a desObjekts 10, die durch ein Ausführungsbeispiel eine Bildrekonstruktionsvorrichtungvon Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung rekonstruiert werden kann. Das Bild 100 desPfeils 81 ist scharf eingestellt, während die Bilder anderer Merkmalein dem Objekt 10, z. B. der Kreis 82 und das Kreuz 83,eine unscharfe Region 102 bilden können, die das Pfeilbild 100 nichtstark undeutlich macht. Vorzugsweise wird die unscharfe Region 102 und/oderihre Auswirkungen auf das Pfeilbild 100 bei dem Rekonstruktionsprozessminimiert, um ein qualitativ hochwertiges Bild des Querschnittszu liefern. Verschiedene Techniken, die auf dem Gebiet der Bildverarbeitungbekannt sind, könnenzum Verringern/Beseitigen der unscharfen Region 102 und/oderihrer Auswirkungen auf das Pfeilbild 100 des Querschnittsbildesverwendet werden.
[0066] Desgleichenzeigt 3C ein probeweisesQuerschnittsbild (oder eine probeweise „Tomographie") der Tiefenschicht 60b desObjekts 10, die durch ein Ausführungsbeispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung dervorliegenden Erfindung rekonstruiert werden kann. Das Bild 110 desKreises 82 ist scharf eingestellt, während die Bilder anderer Merkmalein dem Objekt 10, z. B. der Pfeil 81 und das Kreuz 83,eine unscharfe Region 112 bilden können, die das Kreisbild 110 nichtstark undeutlich macht. Wiederum können diverse auf dem Gebietder Bildverarbeitung bekannte Techniken verwendet werden, um dieunscharfe Region 112 und/oder ihre Auswirkungen auf dasKreisbild 110 des Querschnittsbildes zu verringern/beseitigen.
[0067] 3D zeigt ein probeweisesQuerschnittsbild (oder eine probeweise „Tomographie") der Tiefenschicht 60c desObjekts 10, die durch ein Ausführungsbeispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtungder vorliegenden Erfindung rekonstruiert werden kann. Das Bild 120 desKreuzes 83 ist scharf eingestellt, während die Bilder anderer Merkmalein dem Objekt 10, z. B. der Pfeil 81 und der Kreis 82,eine unscharfe Region 122 bilden können, die das Kreuzbild 120 nichtstark undeutlich macht. Wiederum können diverse auf dem Gebiet derBildverarbeitung bekannte Techniken verwendet werden, um die unscharfeRegion 122 und/oder ihre Auswirkungen auf das Kreuzbild 120 desQuerschnittsbildes zu verringern/beseitigen.
[0068] Obwohldie 3A – 3D ein beispielhaftes Objekt 10 zeigen,das Tiefenschichten 60a, 60b und 60c aufweist,die als Querschnittsbilder rekonstruiert werden können, sollteman erkennen, dass das Objekt 10 als generisches Beispielgedacht ist, um das Konzept des Rekonstruierens diverser Tiefenschichteneines Objekts als Querschnittsbilder zu veranschaulichen. In derPraxis könnendiverse andere Typen von Objekten, die eine beliebige Anzahl vonTiefenschichten aufweisen, geprüftwerden, und eine beliebige Anzahl ihrer Tiefenschichten kann alsQuerschnittsbilder rekonstruiert werden. Beispielsweise kann einbevorzugtes Ausführungsbeispielmit einem automatisierten Prüfsystemzum Prüfenvon Lötverbindungenauf einer Anordnung gedruckter Schaltungsplatinen implementiertsein. 4 zeigt eine beispielhafteAnordnung einer gedruckten Schaltungsplatine, bei der diverse Tiefenschichtendurch eine Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispielsder vorliegenden Erfindung als Querschnittsbilder rekonstruiertsein können,um die Anordnung der gedruckten Schaltungsplatine zu prüfen.
[0069] Somitliefert 4 ein konkretesBeispiel eines Objekts, das gemäß Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung geprüftwerden kann. SelbstverständlichkönnenAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung bezüglichihrer Anwendung nicht allein auf ein Rekonstruieren von Querschnittsbilderneiner Schaltungsplatine beschränktsein, sondern könnenstatt dessen bei vielen anderen Anwendungen verwendet werden, beidenen eine Rekonstruktion von Querschnittsbildern ausgehend vonerfassten radiografischen Bilddaten (Pixeln) erwünscht ist, einschließlich, ohneEinschränkung,einer Prüfungvon verschiedenen anderen Typen von Produkten in einer Herstellungsumgebungfür eineQualitätssicherung,Verwendung bei automatisierten Prüfsystemen zum Prüfen vonObjekten bezüglichin denselben enthaltener Schmuggelware (z.B. bei Sicherheitssystemenzum Prüfenvon Passagiergepäckin einem Flughafen oder einer anderen Transporteinrichtung) und/oderVerwendung bei verschiedenen medizinischen Anwendungen. Fachleutewerden diverse andere Anwendungen der Bildrekonstruktionsvorrichtungvon Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung erkennen.
[0070] In 4 weist eine doppelseitigegedruckte Schaltungsplatine 400 mehrere Komponenten auf,die an jede von zwei Außenflächen angelötet sind.Die Komponenten 402 und 404 sind an einer erstenOberfläche angebracht.Die Komponente 408 ist an einer zweiten Oberfläche angebracht,die der ersten Oberflächegegenüberliegt.Die Komponente 406 ist eine Durchgangslochkomponente, diean der zweiten Oberflächeangebracht ist, jedoch mit Anschlussleitungen, die beide Oberflächen derPlatine 400 durchlaufen. In der Regel sind die elektrischenVerbindungen, die die Komponenten 402, 404, 406 und 408 mitder Platine 400 koppeln, aus einem Lötmaterial gebildet. Jedochsind diverse andere Techniken zum Herstellen der elektrischen Verbindungenin der Technik hinreichend bekannt, und obwohl beispielhafte Ausführungs beispieleder vorliegenden Erfindung hierin in Bezug auf Lötverbindungen beschrieben werden,sollte man verstehen, dass unter Verwendung von Ausführungsbeispielender Erfindung auch andere Arten von elektrischen Verbindungen geprüft werdenkönnen,einschließlich,aber nicht ausschließlich,Verbindungen aus leitfähigemEpoxy, mechanischer, Wolfram- und eutektischer Verbindungen.
[0071] Beidiesem Beispiel weist die Komponente 402 ein Kugelrasterarray(BGA – ball-gridarray) von Lötverbindungenauf. Die Komponente 404 veranschaulicht eine Knickflügel-Oberflächenanbringungsvorrichtung. DieKomponente 408 ist eine J-Anschlussleitungs-Oberflächenanbringungsvorrichtung.Eine Ebene (bzw. Tiefenschicht), die durch die gestrichelte Linie 410 gezeigtist, gelangt, knapp neben der ersten Oberfläche der Schaltungsplatine 400,durch die Anschlussleitungen und Lötkegel der Komponenten 402, 404 und 406.Eine weitere Ebene (bzw. Tiefenschicht), die durch die gestrichelteLinie 412 gezeigt ist, gelangt, knapp neben der zweitenOberflächeder Schaltungsplatine 400, durch die Anschlussleitungenund Lötkegelder Komponenten 406 und 408. Man sollte sich darüber im klarensein, dass, obwohl bei diesem Beispiel zwei beispielhafte Tiefenschichten(410 und 412) spezifiziert sind, bei anderen Beispieleneine beliebige Anzahl von Tiefenschichten der Schaltungsplatine 400 untersuchtwerden kann. Obwohl bei diesem Beispiel verschiedene Arten von Lötverbindungen(z.B. Oberflächenanbringungenund in der Platine vorliegende Verbindungen) als in einer gemeinsamenTiefenschicht enthalten gezeigt sind, z.B. die verschiedenen Verbindungender Komponenten 402, 404 und 406, diein die Tiefenschicht 410 fallen, sollte man sich außerdem darüber im klarensein, dass bei manchen Implementierungen verschiedene Arten vonLötverbindungentatsächlichin unterschiedliche Tiefenschichten der Schaltungsplatine fallenkönne (wasdie Anzahl von Tiefenschichten, die durch ein Prüfsystem verarbeitet werden,erhöhenkann). Der Einfachheit und der übersichtlichenVeranschaulichung halber ist bei diesem Beispiel lediglich eineTie fenschicht gezeigt, die jeder Seite der Schaltungsplatine 400 entspricht,bei einer tatsächlichenAnwendung kann jedoch auf jeder Seite der Schaltungsplatine 400 eineMehrzahl von Tiefenschichten von Interesse sein. Während esbei bestimmten Anwendungen nützlichsein kann, ein 3D-Bild jeder Lötverbindungzu haben, liefern die Bildebenen 410 und 412 imallgemeinen ausreichende Informationen, um zu bestimmen, dass jedeKomponentenanschlussleitung vorliegt, und/oder liefern diese nützlicheInformationen füreine Prüfungder verschiedenen Lötverbindungen(z.B. Prüfungder Qualitätderartiger Lötverbindungen).
[0072] Gemäß verschiedenenAusführungsbeispielender vorliegenden Erfindung könnendurch ein radiografisches Abbildungssystem radiografische Bilddaten(Pixel) eines Prüfobjekts(z.B. der Schaltungsplatine 400), bzw. die oben beschriebenen,erfasst und in eine Bildrekonstruktionsvorrichtung eingegeben werden.Die Bildrekonstruktionsvorrichtung verarbeitet die erfassten radiografischenBilddaten, um 3D-Bilddaten (Voxel-Bilddaten) des Objekts, z.B. diebeispielhaften Querschnittsbilder, die oben in Verbindung mit den 3A – 3D beschriebenwurden, zu konstruieren. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird,rekonstruiert eine derartige Bildrekonstruktion vorzugsweise mehrereQuerschnittsbilder (die jeweils einer anderen Tiefenschicht desObjekts entsprechen) parallel, wodurch die Querschnittsbilder aufeffiziente Weise rekonstruiert werden. Während bei einem bevorzugtenAusführungsbeispielim einzelnen jedes Pixel eines digitalen radiografischen Bildesdurch die Bildrekonstruktionsvorrichtung empfangen wird, verarbeitetdie Bildrekonstruktionsvorrichtung ein derartiges Pixel für mehrereTiefenschichten des Objekts parallel. Beispielsweise bestimmt dieBildrekonstruktionsvorrichtung fürein empfangenes Pixel vorzugsweise zumindest ein Voxel einer Mehrzahlvon verschiedenen Querschnittsbildern (die jeweils einer anderenTiefenschicht des Objekts entsprechen), zu dem das empfangene Pixelbeiträgt,und wendet diesen Beitrag des Pixels an jedes Voxel der Mehrzahlvon verschiedenen Querschnittsbildern parallel an.
[0073] Nachdemdie Querschnittsbilder der Lötverbindungender Platine 400 (oder anderer Abschnitte eines Prüfobjekts)erzeugt wurden, könnensie bei bestimmten Implementierungen durch das automatisierte Prüfsystemautomatisch ausgewertet werden, um ihre Qualität und physischen Charakteristika,beispielsweise einschließlichder Lötdicke,zu bestimmen. Das heißt,dass die Bildrekonstruktionsvorrichtung von Ausführungsbeispielen der vorliegendenErfindung Querschnittsbilddaten für ein Prüfobjekt rekonstruieren kann,und dass die rekonstruierten Querschnittsbilddaten durch ein automatisiertesPrüfsystemund/oder durch einen Benutzer des Systems ausgewertet werden können, umeine Qualitätskontrollanalysedes zu studierenden Objekts (z.B. von Lötverbindungen) durchzuführen. Aufder Basis der Auswertung durch das Prüfsystem kann ein Bericht über dieQualitätder Lötverbindungund überdie physischen Charakteristika und/oder die rekonstruierten Querschnittsbilderder Lötverbindungendem Benutzer vorgelegt werden.
[0074] Esversteht sich, dass der Begriff „Bild" (oder „Bilddaten") nicht auf Formate beschränkt ist,die visuell betrachtet werden können,sondern auch digitale Darstellungen umfassen kann, die durch denComputer erfasst, gespeichert und analysiert werden können. Somitist der Begriff „Bild" (oder „Bilddaten") gemäß seiner Verwendunghierin nicht auf ein betrachtbares Bild beschränkt, sondern soll auch Computerdatenumfassen, die das Bild darstellen und/oder die durch einen Computerzum Anzeigen eines betrachtbaren Bildes verarbeitet werden können. Beibestimmten Ausführungsbeispielenkönnendie rekonstruierten Querschnittsbilder beispielsweise zusätzlich zuoder statt einer automatisierten Prüfung durch den Computer einemBenutzer zum Zweck einer Prüfungdurch diesen Benutzer angezeigt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielenwerden die rekonstruierten Querschnittsbilder eventuell nicht einemBenutzer ange zeigt, sondern statt dessen können die Bilddaten, die dieserekonstruierten Querschnittsbilder darstellen, zur Qualitätskontrolleautonom durch den Computer analysiert werden.
[0075] Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung könnenals Kombination von Hardware und Firmware (oder Schaltungsanordnung)implementiert sein, die als Eingabe digitale radiografische (z.B.für Röntgenstrahlendurchlässige)Daten (Pixel) fürzumindest einen Abschnitt eines Objekts empfängt und 3D-Bilddaten (Voxel)rekonstruiert, um Querschnittsbilddaten zu erzeugen, die mehrerenTiefenschichten innerhalb zumindest eines Abschnitts des Objektsentsprechen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel umfasst eineHardwarearchitektur, die eine Prozessoreinheit wie z.B. ein feldprogrammierbaresGatterarray (FPGA – FieldProgrammable Gate Array) oder eine anwendungsspezifische integrierteSchaltung (ASIC – ApplicationSpecific Integrated Circuit) zusammen mit mehreren unabhängig adressierbarenSpeichern, die hierin als „Rekonstruktionsspeicher" bezeichnet werdenkönnen,umfasst. Jeder unabhängigadressierbare Speicher wird verwendet, um rekonstruierte 3D-Bilddaten(Voxel), die einer bestimmten Tiefenschicht des Objekts entsprechen,zu speichern. Beispielsweise kann ein erster Speicher zum Speichernvon Voxeln verwendet werden, die einer ersten Tiefenschicht einesPrüfobjekts(z.B. der Tiefenschicht 60a des in 3A gezeigten Objekts 10) entsprechen,und ein zweiter Speicher kann zum Speichern von Voxeln verwendetwerden, die einer zweiten Tiefenschicht des Objekts (z.B. der Tiefenschicht 60b desin 3A gezeigten Objekts 10)entsprechen.
[0076] Während des3D-Bildrekonstruktionsprozesses eines bevorzugten Ausführungsbeispielsempfängt derRekonstruktionsprozessor ein Pixel eines radiografischen Bildesdes Prüfobjekts.Wie Fachleute erkennen werden, kann das empfangene Pixel zu derRekonstruktion von mehreren Schichten des Prüfobjekts beitragen. Wie bei 2C oben beschrieben wurde,kann das Pixel beispielsweise Informationen umfas sen, die für eine Mehrzahlvon verschiedenen Tiefenschichten des Objekts erfasst wurden. Dasheißt,dass das empfangene Pixel zu Voxeln einer Mehrzahl von unterschiedlichenQuerschnittsbildern, die gerade rekonstruiert werden, beitragenkann. Es könnenGrenzbedingungen festgelegt werden, und das Pixel kann zu einemVoxel beitragen, das „außerhalbder Grenzen" liegt(z.B. außerhalbdes derzeit verarbeiteten Sichtfeldes), im allgemeinen trägt jedochjedes empfangene Pixel zu einer Mehrzahl der (z.B. zu allen) Tiefenschichten,die gerade rekonstruiert werden, bei. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispielverarbeitet der Rekonstruktionsprozessor das Pixel, um die Voxelvon mehreren unterschiedlichen Tiefenschichten, zu denen das empfangenePixel beiträgt,zu identifizieren, und er legt den Beitrag dieses Pixels an dieseVoxel parallel an.
[0077] Beispielsweisekann ein erstes Voxel zum Rekonstruieren einer ersten Tiefenschichtdes Objekts, das in einem ersten Speicher gespeichert ist und zudem das empfangene Pixel beiträgt,durch den Rekonstruktionsprozessor identifiziert und wiedergewonnenwerden, und ein zweites Voxel zum Rekonstruieren einer zweiten Tiefenschichtdes Objekts, das in einem zweiten Speicher gespeichert ist und zudem das empfangene Pixel beiträgt,kann durch den Rekonstruktionsprozessor identifiziert und wiedergewonnenwerden. Das heißt, dassder Rekonstruktionsprozessor die Voxel von mehreren Tiefenschichten,zu denen das empfangene Pixel beiträgt, identifizieren kann, undder Rekonstruktionsprozessor gewinnt diese Voxel aus dem Speicherwieder. Der Prozessor legt das empfangene Pixel anschließend andiese Voxel an (d.h. legt den Beitrag, den das Pixel zu jedem derVoxel liefert, an) und schreibt anschließend die modifizierten Voxel(die nun den Beitrag des empfangenen Pixels aufweisen) in ihre jeweiligenSpeicher zurück.Das Pixel kann auf diverse unterschiedliche Arten und Weisen aufVoxel angewendet werden, wie auf dem Gebiet der Bildverarbeitungfür eine3D-Rekonstruktion hinreichend bekannt ist. Beispielsweise kann derBeitrag des Pixels mit einem Voxel summiert werden. Als weiteresBeispiel kann das empfangene Pixel mit dem Voxel verglichen werden,und das fürein Voxel empfangene Pixel mit einer maximalen und/oder minimalenIntensitätkann in dem Voxel gespeichert werden. Verschiedene andere derzeitbekannte oder in Zukunft zu entwickelnde Techniken zum Rekonstruierenvon Voxeln von/aus empfangenen Pixeln können in Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung implementiert sein.
[0078] Beieinem bevorzugten Ausführungsbeispielwerden Voxel zunehmend in dem Maße konstruiert, wie Pixel durchden Rekonstruktionsprozessor empfangen werden, wobei ein Voxel,zu dem das empfangene Pixel beiträgt, von dem Speicher wiedergewonnenwird, der Beitrag des Pixels auf das Voxel angewendet wird und dassich ergebende, aktualisierte Voxel in seine Speicheradresse zurück geschriebenwird. Wie nachstehend näherbeschrieben wird, ermöglichenAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung ein Verarbeiten eines Pixels zum parallelenRekonstruieren mehrerer Tiefenschichten eines Objekts. Man sollteerkennen, dass die Rekonstruktionsspeicher während des 3D-RekonstruktionsprozessesTeilrekonstruktionsdaten (d.h. Daten, die weiter modifiziert werdenkönnen,währendmehr Pixel durch den Rekonstruktionsprozessor empfangen werden)enthalten. Das heißt,dass die Voxel währenddes Rekonstruktionsprozesses in dem Maße zunehmend konstruiert werden,wie Pixel empfangen werden, und somit erst dann vollständig sind,wenn alle Pixel, die zu dem Voxel beitragen, empfangen und verarbeitetwurden.
[0079] Beieinem bevorzugten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung implementiert der Rekonstruktionsprozessorgleichzeitige Verarbeitungspipelines für jeden Rekonstruktionsspeicher,und auf die Rekonstruktionsspeicher wird durch den Rekonstruktionsprozessorparallel zugegriffen, und dieselben werden parallel durch den Rekonstruktionsprozessoraktualisiert. Die Pipelinestufen eines Ausführungsbeispiels werden anhandvon 6 nachstehend grobbeschrieben. Vorzugsweise rekonstruiert die Verarbeitungspi pelineeine Tiefenschicht (d.h. ein Querschnittsbild einer Tiefenschicht)eines Objekts unter Verwendung eines Algorithmus, der auf einerRückprojektionsrekonstruktionstechnik(einschließlichder „Verschieben-Und-Hinzufügen"-Rekonstruktionstechnik) beruht. DerartigeRückprojektionsrekonstruktionstechniken(einschließlichder „Verschieben-Und-Hinzufügen"-Rekonstruktionstechnik)sind in der Technik der Bildverarbeitung hinreichend bekannt undwerden deshalb hierin nicht ausführlicherbeschrieben. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann selbstverständlich jeglicheandere geeignete derzeit bekannte oder zu einem späteren Zeitpunktzu entwickelnde tomosynthetische Rekonstruktionstechnik zum Verarbeitenvon empfangenen Pixeln, um ein Querschnittsbild einer Tiefenschichteines Objekts zu rekonstruieren, implementiert werden.
[0080] UnterBezugnahme auf 5 istein Blockdiagramm auf hoher Ebene für eine bevorzugte Implementierungeiner Rekonstruktionsprozessoreinheit 501, die in einemPrüfsystem 500 implementiertist, gezeigt. Bei diesem Beispiel ist der Rekonstruktionsprozessor 501 soimplementiert, dass er zwei Rekonstruktionsspeicher, M1 und M2,aufweist, die jeweils einer anderen Tiefenschicht eines Prüfobjektsentsprechen. Jedoch muss die Anzahl von Rekonstruktionsspeichernnicht auf zwei beschränktsein, sondern kann bei alternativen Implementierungen eine beliebigeAnzahl von Speichern umfassen, die nur Hardware- und physischenEinschränkungen unterworfenist, z.B. Speicheradresseinschränkungen,die auf die Anzahl von Anschlussstiften zurückzuführen sind, die an dem FPGA-implementierendenRekonstruktionsprozessor 501 verfügbar sind, wobei der Rekonstruktionsprozessor 501 indiesem Fall implementiert sein kann, um eine solche erwünschte Anzahlvon Speichern füreine parallele Verarbeitung auf ähnlicheWeise, wie sie hierin nachstehend für zwei Speicher beschriebenwird, zu nutzen. Bei den meisten Prüfsystemen liegt die Anzahlvon Rekonstruktionsspeichern üblicherweisein der Tat bei mehr als zwei (da die Anzahl von verarbeiteten Tiefenschichten üblicherweisemehr als zwei beträgt),zum Zweck der konzeptionellen Veranschaulichung von Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung, die auf eine beliebige Anzahl von Rekonstruktionsspeichernerweitert und angewandt werden kann, sind hier jedoch zwei Speichergezeigt. Bei bestimmten Implementierungen könnte die Anzahl von implementiertenSpeichern geringer sein als die Anzahl von rekonstruierten Tiefenschichten,und die _ Speicher könnenfür eineMehrzahl von verschiedenen Tiefenschichten wieder verwendet werden.Jedoch würde diesdie Berechnung verlangsamen und ein Speichern der empfangenen Bildeingangsdaten(Pixel) zur Verwendung beim Rekonstruieren der zusätzlichenTiefenschichten erfordern. Somit ist es zum Zweck einer optimalenEffizienz am stärkstenbevorzugt, einen Speicher zu haben, der für jede Tiefenschicht implementiertist.
[0081] Einbeispielhaftes Hardwareziel fürdie hierin beschriebene Parallelrekonstruktionstechnik ist die von AnnapolisMicro-Systems erhältlicheFIREBIRD^TM PCI Processor Card. Die FIREBIRD^TM-Karte beherbergt ein FPGA (in dem einRekonstruktionsprozessor 501 implementiert sein kann) undfünf unabhängige Speicherbänke (diezum Implementieren von Rekonstruktionsspeichern verwendet werdenkönnen).
[0082] Beidem Beispiel der 5 umfasstdas Prüfsystem 500 einradiografisches Abbildungssystem 502, das beispielsweiseein tomografisches Kegelstrahlabbildungssystem wie z.B. das obenbei 1A–1B beschriebene sein kann.Das radiografische Abbildungssystem 502 ist ein Abbildungssystemauf digitaler Basis, das radiografische Bilder eines Objekts 10 (z.B.einer Schaltungsplatine) in digitaler Form (z.B. ähnlich wieeine digitale Kamera) erfasst. Eine Steuerung 503 ist vorzugsweisekommunikativ mit der Abbildungseinrichtung 502 gekoppelt,um Positionsdaten, z.B. Pixelpositions- und Röntgenstrahlenfleckpositionsdaten,zu erfassen. Je nach der Konfiguration des Abbildungssystems könnten mancheder Positionsdaten feststehend sein. Beispielsweise könnten diePositionen von Pixeln, die an ortsfesten Sensoren ange bracht sind,währendeines Kalibrierungsvorgangs bestimmt werden, der vielleicht wöchentlichoder weniger häufigdurchgeführtwird. Wenn sich die Bildsensoren bewegen, können die Pixelpositionen durcheine Kombination von Positionserfassungs- und Kalibrierungsdatenbestimmt werden. Die Röntgenstrahlenfleckpositionkann auf ähnlicheWeise bestimmt werden.
[0083] DerRekonstruktionsprozessor 501 ist kommunikativ mit dem radiografischenAbbildungssystem 502 und der Steuerung 503 gekoppelt,so dass er radiografische Bilddaten (Pixel) von der Abbildungseinrichtung 502 undPositionsdaten (z.B. Pixelpositions- und Röntgenstrahlenfleckpositionsdaten,die nachstehend näher beschriebenwerden) von der Steuerung 503 empfangen kann. Man solltebeachten, dass die Pixelbilddaten bei bestimmten Implementierungen über dieSteuerung 503 von der Abbildungseinrichtung 502 anden Rekonstruktionsprozessor 501 kommuniziert werden können. Beiderartigen Implementierungen kann die Steuerung 503 eineSchnittstellenbildung mit der Abbildungseinrichtungselektronik undein möglichesPuffern von Daten (je nach dem Entwicklungsgrad der Abbildungseinrichtung 502)handhaben, und die Steuerung 503 kann Korrekturen auf diePixeldaten, z.B. Festmusterrauschkorrektur, Flachfeldanordnung (flatfielding) und geometrische Kalibrierung, anwenden.
[0084] DerRekonstruktionsprozessor 501 ist ferner mit einer Datenspeicherung(oder einem „Speicher") 504, diezum Speichern von rekonstruierten Querschnittsbilddaten verwendetwird, kommunikativ gekoppelt. Vorzugsweise umfasst die Datenspeicherung 504 diehierin beschriebenen Rekonstruktionsspeicher. Die Datenspeicherung 504 kanneine beliebige geeignete derzeit bekannte oder später zu entdeckendeDatenspeicherungsvorrichtung zum Speichern von rekonstruierten Querschnittsbilddatenumfassen, beispielsweise einschließlich Direktzugriffsspeicher(RAM), Plattenlaufwerken, Floppy-Disks, optischer Platten (z.B.Compact-Discs (CDs) und digitaler Video-Discs (DVDs)) und andererDaten speicherungsvorrichtungen. Die Datenspeicherung 504 kannin den Rekonstruktionsprozessor 501 integriert sein (z.B.auf dem Chip befindlicher Speicher), oder sie kann außerhalbdesselben vorliegen.
[0085] DerRekonstruktionsprozessor 501 ist vorzugsweise als Bestandteileiner größeren Prozessoreinheit, z.B.eines FPGA oder einer ASIC, implementiert. Der enthaltende Prozessorkann sowohl eine spezifische als auch eine unspezifische Verarbeitungdurchführen.Obwohl dies zum Implementieren von Ausführungsbeispielen der vorliegendenErfindung nicht erforderlich ist, wird, zum Zweck einer leichterennachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels,angenommen, dass die Rekonstruktionsprozessoreinheit 501 synchronist und dass sie einen globalen Takt aufweist. Eine beispielhafteTaktgeschwindigkeit, die für eineFPGA-Implementierungimplementiert sein kann, beträgt100 Megahertz (MHz), obwohl jegliche andere geeignete Taktgeschwindigkeitebenfalls in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallensoll. Vorzugsweise ist die implementierte Taktgeschwindigkeit ausreichendschnell, um den Rekonstruktionsprozessor zu befähigen, eine „Echtzeit"-Verarbeitung für ein gegebenesPrüfsystem,bei dem er implementiert ist, zu erzielen, wie nachstehend näher beschriebenwird. Das heißt,dass lediglich ein geringer, feststehender (oder konstanter) Zeitraum(beispielsweise zwei Taktzyklen) erforderlich ist, um jedes Pixelzu verarbeiten und um einen gewichteten Wert zu allen der gleichzeitigrekonstruierten Tiefenschichten (bzw. „z-Schichten") beizutragen. Im einzelnenkann der Rekonstruktionsprozessor gemäß einem Ausführungsbeispielein Pixel bei einer Durchschnittsrate von einem Pixel alle zweiTaktzyklen in seine Verarbeitungspipelines aufnehmen. Somit können sichzu jeglichem gegebenen Zeitpunkt in jeder Pipeline mehrere Pixelbefinden, die sich in verschiedenen Verarbeitungsstufen befinden.Es dauert einen geringen, feststehenden Zeitraum (z.B. zwanzig Taktzyklen),um in den Pipelines vollständigverarbeitet zu werden.
[0086] EinherkömmlicherSpeicher weist üblicherweiseein bidirektionales Datentor auf. Um die Erläuterung zu vereinfachen, seiangenommen, dass die bidirektionalen Speicherdatentore eines bevorzugtenAusführungsbeispielsdurch eine enthaltende Prozessoreinheit (z.B. ein FPGA) in Eingangs-und Ausgangstore aufgeteilt werden. Im allgemeinen handhabt dieenthaltende Prozessoreinheit Einzelheiten einer Speicherschnittstellenbildungauf eine in der Technik wohlbekannte Art und Weise. Zu Veranschaulichungszweckensei angenommen, dass der Speicher ein ZBT-SRAM (ZBT-SRAM = Zero-BusTurnaround Static RAM, Null-Bus-Umkehrung-Statischer-RAM) ist unddass er bei derselben oder einer vergleichbaren Geschwindigkeitgetaktet ist wie der globale Takt des Prozessors. Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung sollen jedoch nicht auf ZBT-SRAM-Speicherkonfigurationenbeschränktsein, sondern statt dessen könnendiverse andere Speicherkonfigurationen auf in der Technik bekannteWeisen implementiert werden, um die Datenspeicherung für den Rekonstruktionsprozessor 501,wie er hierin beschrieben ist, zu erzielen.
[0087] Beidem Beispiel der 5 umfasstder Rekonstruktionsprozessor 501 die folgenden Eingangstore: Pixel,Pixelposition, Röntgenstrahlenfleckposition,M1 z, M2 z, Daten gültig,Zurücksetzen,M1 Daten ein und M2 Daten ein. Ferner umfasst der Rekonstruktionsprozessor 501 diefolgenden Ausgangstore M1-Adresse, M1 Daten aus, M1-Schreibfreigabe,M2-Adresse, M2 Daten aus und M2-Schreibfreigabe. Eine kurze Beschreibungder Eingangs- und Ausgangstore findet sich nachstehend in Tabelle1 bzw. 2.
[0088] DasEingangstor „Pixel" des Rekonstruktionsprozessors 501 empfängt Pixeleines radiografischen Bildes (z.B. eines Röntgenstrahlenbildes), das durchdie Abbildungseinrichtung 502 erfasst wurde. BeispielsweisekönnenPixel eines derartigen radiografischen Bildes bei einer bestimmtenFrequenz (z.B. 20 Millionen Pixel pro Sekunde, 25 Millionen Pixelpro Sekunde, 50 Millionen Pixel pro Sekunde oder 100 Millionen Pixelpro Sekunde, als Beispiele) an dem Pixel-Tor empfangen werden. Während diePixel bei bestimmten Ausführungsbeispieleneventuell nicht einzeln von der Abbildungseinrichtung 502 empfangenwerden (sondern statt dessen eventuell als Gruppe oder Paket vonPixeln empfangen werden), sei angenommen, um die Erläuterungdieses Ausführungsbeispielszu vereinfachen, dass Pixel einzeln bei einer relativ hohen Frequenzempfangen werden. Das Eingangs tor „Pixelpositionsdaten" empfängt X-,Y- und Z-Koordinaten,die dem empfangenen Pixel zugeordnet sind. Derartige Pixelpositionsdatenkönnenbeispielsweise von der Steuerung 503 empfangen werden.Desgleichen empfängtdas Eingangstor „Röntgenstrahlenfleckposition" X-, Y- und Z-Koordinaten des Röntgenstrahlenflecksder Abbildungseinrichtung 502. Im einzelnen identifizierenRöntgenstrahlenfleckpositionsdatendie Position, von der das Röntgenstrahlenbündel, dasdieses Pixel erzeugte, stammte (z.B. die Position der Röntgenstrahlenquelle 20 der 1A-1B). Derartige Röntgenstrahlenfleckpositionsdatenkönnen beispielsweisevon der Steuerung 503 empfangen werden.
[0089] DasEingangstor „M1z" empfängt eineIdentifizierung der Z-Koordinateder in den Speicher M1 geschriebenen Rekonstruktionsschicht, unddas Eingangstor „M2z" empfängt eineIdentifizierung der Z-Koordinate der in den Speicher M2 geschriebenenRekonstruktionsschicht. M1 z und M2 z können von einem PC (oder eineranderen Rechenvorrichtung) empfangen werden, der bzw. die Querschnitteanalysiert, oder sie könnenvon einer von der Steuerung 503 zurückgegebenen Plattformpositionberechnet werden. Man sollte beachten, dass sich M1 z und M2 z für verschiedeneRegionen eines Objekts (z.B. einer Schaltungsplatine), das geradeabgebildet wird, verändernkönnen.Beispielsweise kann M1 auf eine bestimmte Tiefenschicht für eine gegebeneinteressierende Region festgelegt sein, und wenn sich die interessierendeRegion ändert(wobei an diesem Punkt eine „Rücksetzung" stattfinden würde, wienachfolgend beschrieben wird), kann sich M1 z ändern, und ein neuer Satz vonrekonstruierten 3D-Bilddaten (Voxeln) kann für diese neue interessierende Regionberechnet werden. Das Eingangstor „Zurücksetzen" kann ein Signal empfangen, das Zurücksetzen desRekonstruktionsprozessors 501 auszulösen, was ein Löschen (z.B.Auf-Null-Setzen)der Speicher 504, die die rekonstruierten Querschnittsbilddatenspeichern, umfassen kann. Das heißt, dass, nachdem ein Rücksetzsignal(z.B. eine 1) an dem Rücksetzungseingangstorempfangen wird, der Zustand des Rekon struktionsprozessors vorzugsweiseinitialisiert wird und die relevanten Abschnitte der Rekonstruktionsspeichergelöscht werden.Man sollte sich darüberim klaren sein, dass die Rekonstruktionsspeicher bei bestimmtenImplementierungen nicht explizit gelöscht werden müssen, sonderndass ihre Daten statt dessen bei dem ersten Schreibvorgang nacheiner Zurücksetzung überschriebenwerden können(somit kann der Speicher effektiv gelöscht werden, ohne explizitgelöschtzu werden).
[0090] DasEingangstor „M1Daten ein" empfängt einVoxel von dem durch die M1-Adresse spezifizierten RekonstruktionsspeicherM1, und das Eingangstor „M2Daten ein" empfängt einVoxel von dem durch die M2-Adresse spezifizierten RekonstruktionsspeicherM2. Wie nachstehend näherbeschrieben wird, verwendet der Rekonstruktionsprozessor 501 beieinem bevorzugten Ausführungsbeispieldie Pixelpositions-, Röntgenstrahlenfleckpositions-und M1 z- und M2 z-Informationen,um die Voxel zu bestimmen, zu denen das empfangene Pixel beitragenwird, und gewinnt anschließenddiese Voxel überdie Tore M1 Daten ein bzw. M2 Daten ein von den RekonstruktionsspeichernM1 bzw. M2 wieder. Das heißt,dass der Rekonstruktionsprozessor die empfangenen Pixelpositions-,Röntgenstrahlenfleckpositions-und M1 z- und M2 z-Daten verwendet, um die X- und Y-Koordinateneines Voxels füreine in M1 gespeicherte erste Tiefenschicht zu berechnen und umdie X- und Y-Koordinaten eines Voxels für eine in M2 gespeicherte zweiteTiefenschicht, zu denen das empfangene Pixel beitragen wird, zuberechnen. Nachdem bestimmt wurde, zu welchen Voxeln das empfangenePixel beitragen wird, kann der Rekonstruktionsprozessor die M1-Adresse und die M2-Adressedieser Voxel ausgeben (siehe die Ausgaben des beispielhaften Rekonstruktionsprozessors 501),und auf diese M1-Adresse und M2-Adresse kann zugegriffen werden,um ihre entsprechenden Voxeldaten über die Tore M1 Daten ein bzw. M2Daten ein wiederzugewinnen.
[0091] Während desRekonstruktionsprozesses werden teilweise (bzw. unvollständige) 3D-Rekonstruktionsdaten(Voxel) in den Rekonstruktionsspeichern M1 und M2 gespeichert, undwährendPixel empfangen werden, werden die entsprechenden Voxel, zu denendiese Pixel beitragen, wiedergewonnen und mit dem Beitrag dieserPixel aktualisiert. Danach werden die aktualisierten Voxel in ihrejeweiligen Speicheradressen zurück geschrieben.Somit legt der Rekonstruktionsprozessor, nachdem die Voxeldaten über dieTore M1 Daten ein und M2 Daten ein empfangen wurden, den Beitragdes empfangenen Pixels parallel an jedes der Voxel an (unter Verwendungeines Bildverarbeitungsalgorithmus wie z.B. eines Verschieben-Und-Hinzufügen-Algorithmus odereines anderen auf Rückprojektionberuhenden Algorithmus) und gibt die sich ergebenden Voxel als M1 Datenaus bzw. M2 Daten aus aus. Im einzelnen wird das aktualisierte Voxel(auf das der Beitrag des empfangenen Pixels angewendet ist) desSpeicherplatzes „M1-Adresse" wieder an eine solcheM1-Adresse ausgeschrieben, und das aktualisierte Voxel des Speicherplatzes „M2-Adresse" wird wieder an einesolche M2-Adresse ausgeschrieben.
[0092] DieAusgangstore „M1-Schreibfreigabe" (bzw. „M1 writeenable") und „M2-Schreibfreigabe" (bzw. „M2 writeenable") geben einSignal aus, ihre jeweiligen Rekonstruktionsspeicher zu steuern.Das heißt,dass die Tore M1-Schreibfreigabeund M2-Schreibfreigabe ein Signal ausgeben, um anzugeben, ob anihren jeweiligen Speichern eine Lese- oder eine Schreiboperation durchzuführen ist.Falls beispielsweise ein Lesesignal (z.B. eine 0) durch M1-Schreibfreigabe ausgegebenwird, wird fürdie M1-Adresse ein Lesevorgang durchgeführt, und die Voxeldaten dieserM1-Adresse werdenbei dem Tor M1 Daten ein als Eingang an den Prozessor 501 zurückgegeben.Falls dagegen ein Schreibsignal (z.B. eine 1) durch M1-Schreibfreigabeausgegeben wird, wird ein Schreibvorgang von M1 Daten aus an dieM1-Adresse durchgeführt.
[0093] DieEingangstore „Pixel", „Pixelposition", „Röntgenstrahlenfleckposition", „M1 z" und „M2 z" werden als gültig betrachtet,wenn die Eingabe in das Tor „Datengültig" angibt, dass derartigeEingaben gültigsind (z.B. wenn die Eingabe in das Tor „Daten gültig" 1 beträgt). Beispielsweise kann dieAusgabe von Pixeldaten aus der Abbildungseinrichtung 502 eventuellmanchmal unterbrochen werden, was bewirkt, dass an dem Eingangstor „Pixel" keine gültigen Pixeldatenempfangen werden. Beispielsweise wird das geprüfte Objekt (z.B. eine Schaltungsplatine)eventuell in der Abbildungseinrichtung 502 bewegt (z.B.neu positioniert), wobei währenddieses Vorgangs eventuell keine gültigen Daten in eines odermehrere der Eingangstore des Prozessors 501 eingegebenwerden. Andere Gründefür „Datengültig", die angeben, obgültigeDaten an den Eingangstoren verfügbarsind, bestehen darin, dass die Abbildungseinrichtung eine andereDatenrate als der Prozessor 510 aufweisen kann oder dassaufgrund dessen, dass der Bildsensor zum Zweck einer Belichtungdie Datenübertragunganhältund die Datenübertragungzum Zweck eines Auslesens wieder aufnimmt, Bursts von Bildsensordatenvorliegen könnten.
[0094] Wenndie Eingaben durch das Tor „Datengültig" als gültig angegebenwerden, werden sie vorzugsweise in einem FIFO-Speicher (FIFO = first-in, first-out;zuerst rein, zuerst raus) gespeichert, der ein Bestandteil des Rekonstruktionsprozessors 501 ist,wie in Verbindung mit 6 nachstehendnäher beschriebenwird. Bei der beispielhaften Implementierung der 5 führtder Rekonstruktionsprozessor 501 für jedes gültige empfangene Eingangspixelsowohl einen Lese- als auch einen Schreibvorgang aus den Rekonstruktionsspeicherndurch, was bewirkt, dass fürjedes gültigeEingangspixel zwei globale Taktzyklen verbraucht werden. Das heißt, dass,nachdem ein Pixel durch den Rekonstruktionsprozessor 501 empfangenwird, er die Voxeldaten, zu denen das, Pixel beitragen wird, wiedergewinnt(liest) (in dem Beispiel der 5 als „M1 Datenein" und „M2 Datenein"), und nachdemder Beitrag des empfangenen Pixels auf diese wiedergewonnenen Voxelangewendet wird, werden die sich ergebenden Voxel wieder in ihreentsprechende Speicheradresse ausgeschrieben. Somit ist die maximaleRate von gültigenEingangspixeln vorzugsweise so implementiert, dass sie nicht mehrals die halbe globale Taktgeschwindigkeit beträgt, um zu gewährleisten,dass der FIFO-Speicher nicht überläuft. DerAllgemeingültigkeithalber sei angenommen, dass die Eingangsabtastwerte (Pixel, Pixelposition,Röntgenstrahlenfleckposition,M1 z und M2 z), die einem einzelnen, feststehenden Sichtfeld zugeordnetsind, in einer willkürlichenReihenfolge ankommen können.
[0095] 6 zeigt ein ausführlicheresBlockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Rekonstruktionsprozessors 501.Bei dieser beispielhaften Implementierung umfasst der Prozessor 501 einenFIFO- und SYNC-Block 601 sowie parallele Rekonstruktionspipelines 602 und 603.Somit veranschaulicht dieses beispielhafte Blockdiagramm, dass diezwei Rekonstruktionsspeicher M1 und M2 parallel aktualisiert werden.Die M1-Pipeline 602 umfasst einen Rückprojektion-Block 604A undeinen Zu-Speicher-Hinzufügen-Block 605A, unddie M2-Pipeline 603 umfasst einen Rückprojektion2-Block 604B undZu-Speicher2-Hinzufügen-Block 605B.Rückprojektion 604A undZu-Speicher-Hinzufügen 605A verarbeitenein empfangenes Pixel fürden Speicher M1, wohingegen Rückprojektion2 604B undZu-Speicher2-Hinzufügen 605B gleichzeitigdasselbe Pixel fürden Speicher M2 verarbeiten (jedoch unter Verwendung eines anderenZ-Parameters). Rückprojektion2 604B undZu-Speicher2-Hinzufügen 605B sind(Hardware-)Kopien von Rückprojektion 604A undZu-Speicher-Hinzufügen 605A.Eine bevorzugte Implementierung verwendet eine pipelineartige Architektur,beispielsweise die oben kurz beschriebene, um eine maximale Busnutzungfür dieRekonstruktionsspeicher zu erhalten.
[0096] AlsBeispiel fürPipelinestufen, die bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung implementiert sein können,werden in einer ersten Pipe-Stufe Eingaben „Pixel", „Pixelposition", „Röntgenstrahlenfleckposition", M1 z und M2 z inFIFO und Sync 601 empfangen und werden in der nächsten Pipe-Stufeanschließendan Rückprojektion 604A undRückprojektion2 604B ausgegeben.Ansprechend auf das Signal „Datenbereit" bestimmenRückprojektion 604A undRückprojektion2 604B dasVoxel ihrer jeweiligen Tiefenschichten, zu dem das empfangene Pixelbeiträgt,und geben diese „Adresse" an Zu-Speicher-Hinzufügen 605A undZu-Speicher2-Hinzufügen 605B aus.In der nächstenPipe-Stufe lesen Zu-Speicher-Hinzufügen 605A undZu-Speicher2-Hinzufügen 605B diebestimmten Voxel (als M1 Daten ein bzw. M2 Daten ein) ein, und inder letzten Pipe-Stufe legen Zu-Speicher-Hinzufügen 605A und Zu-Speicher2-Hinzufügen 605B den Beitragdes empfangenen Pixels an das wiedergewonnene Voxel an und schreibendas sich ergebende Voxel wieder in seine Speicheradresse (M1-Adressebzw. M2-Adresse). Man sollte erkennen, dass diese grobkörnigen Pipelinestufenunter Verwendung von feiner gekörntenPipelinestufen implementiert werden könnten.
[0097] FIFOund Sync 601 speichert gültige Eingangsdaten für die empfangenenEingaben Pixel, Pixelposition, Röntgenstrahlenfleckposition,M1 z und M2 z. Wenn das FIFO Daten enthält, werden die aktuellen FIFO-Datenausgegeben und überzwei Taktzyklen zwischengespeichert. Man erinnere sich, dass, wieoben beschrieben wurde, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zwei Taktzyklenverwendet, um Voxel mit einem empfangenen Pixel zu aktualisieren(einen Taktzyklus, um die entsprechenden Voxel, zu denen das empfangenePixel beiträgt,aus dem Speicher zu lesen, und einen zweiten Taktzyklus, um dieaktualisierten Voxel, auf die der Beitrag des Pixels angewendetwurde, wieder in den Speicher zurück zu schreiben). Das Ausgangstor „Datenbereit" wird für den erstenTaktzyklus hoch und fürden zweiten Taktzyklus niedrig. Falls gewünscht, könnte der FIFO- und Sync-Block 601 dieBlockausgaben auch mit einem „ungeraden" oder „geraden" Taktzyklus synchronisieren.
[0098] Nachder entsprechenden Synchronisationsverzögerung gibt der FIFO- und Sync-Block 601 dasbzw. die empfangene Pixel, Pixelposition und Röntgenstrahlenfleckpositionan Rückprojektion 604A und Rückprojektion2 604B,als „Pixelaus", „Pixelpositionaus" und „Röntgenstrahlenfleckaus" gezeigt, jeweilsvon dem FIFO- und Sync-Block 601 aus. Ferner gibt der FIFO-und Sync-Block 601 M1 z an Rückprojektion 604A ausund gibt M2 z an Rückprojektion2 604B aus.Ferner gibt der FIFO- und Sync-Block 601 ein Signal „Daten bereit" an Rückprojektion 604A undRückprojektion 604B aus,um anzugeben, wann die oben beschriebenen Daten neu und gültig sind.
[0099] Rückprojektion 604A bestimmtdie Rekonstruktionsspeicheradresse des Speichers M1, die aktualisiert wird,und den gewichteten Pixelwert, der zu dem aktuellen Inhalt dieserSpeicheradresse hinzugefügtwird. Das heißt,dass Rückprojektion 604A dieX- und Y-Koordinaten des Voxels an der „z-Position" (die dem durch den FIFO- und Sync-Block 601 empfangenen „M1 z" entspricht) bestimmt,die durch das Röntgenstrahlenbündel, dasvon der X-, Y- und Z-Koordinate „Röntgenstrahlenfleckposition" zu der X-, Y- undZ-Koordinate „Pixelposition" wandert, geschnittenwird. Somit verwendet Rückprojektion 604A dieempfangenen Positionsdaten (Pixelposition, Röntgenstrahlenfleckpositionund z-Position),um ein Voxel in dem M1-Speicher zu bestimmen, zu dem das empfangenePixel beiträgt.Falls an dieser „z-Position" zwei oder mehr Voxelgeschnitten werden, dann wird ein einzelnes ausgewählt (beispielsweisedas der Pixelposition „nächstgelegene"). Die Speicheradresse,die dem ausgewähltenVoxel des Speichers M1 entspricht, wird dann bestimmt, und dieseAdresse wird durch Rückprojektion 604A ausgegeben.Obwohl die Erfindung eine Verwendung anderer Algorithmen für eine Voxeladressberechnungnicht von vornherein ausschließt,wird bei einer bevorzugten Implementierung ein Rückprojektionsrekonstruktionsverfahrenverwendet. Falls Rückprojektion 604A einVoxel auswählt,das nicht in dem Rekonstruktionsspeicher dargestellt ist, wird eine feststehendeaußerhalbder Grenzen liegende Adresse erzeugt. Bei bestimmten Ausführungsbeispielenkann der Rückprojektion-Block 604A eingewichtetes Pixel ausgeben, das dem Umfang des Sich-Schneidens desVoxels und des Röntgenstrahlenbündels entspricht.Bei anderen Ausführungsbeispielenkönnenbei dem Rekonstruktionsprozess jedoch alle empfangenen Pixel gleichermaßen gewichtetwerden. Die Ausgaben von Rückprojektion 604A werdensynchronisiert, so dass, falls das Signal „Daten-bereit-durch" bei dem Taktzyklust hoch geht, gültigeWerte von „Adresse" und „gewichtetesPixel" für die Taktzyklent und t+1 gehalten werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wirddieses Signal „Daten-bereit-durch" somit zu Synchronisationszweckenverwendet. Beispielsweise können Verzögerungen(Register) zwischen „Datenbereit" und „Daten-bereit-durch" innerhalb von Rückprojektion 604A eingefügt werden,so dass Daten-bereit-durchmit den Ausgaben synchronisiert wird. Rückprojektion2 604B funktioniertauf ähnlicheWeise, wie sie oben fürRückprojektion 604A beschriebenwurde, jedoch unter Verwendung der M2 z-Position, um ein Voxel indem M2-Speicher zu bestimmen, zu dem das empfangene Pixel beiträgt.
[0100] DerZu-Speicher-Hinzufügen-Block 605A liestden aktuellen Inhalt der durch Rückprojektion 604A ausgegebenen „Speicheradresse", legt den Beitragvon „gewichtetesPixel" an den Lesewertan und schreibt die Summe wieder in die „Speicheradresse" zurück. Je nachdem implementierten Bildverarbeitungsalgorithmus kann der Beitragvon „gewichtetesPixel" auf einevon mehreren verschiedenen Arten auf ein Voxel angewendet werden,z.B. Addieren des Wertes des Pixels zu dem Voxel oder Anwenden desmaximalen Wertes eines fürdas Voxel gelesenen Pixels auf dieses Voxel. Somit gewinnt Zu-Speicher-Hinzufügen 605A dasVoxel des Speichers M1, zu dem das Pixel gemäß der Feststellung durch Rückprojektion 604A beiträgt, wieder,und Zu-Speicher-Hinzufügen 605A legtdann den Beitrag des empfangenen Pixels an dieses wiedergewonnene Voxelan und schreibt das sich ergebende Voxel wieder in seine Speicheradressezurück.Zu-Speicher- Hinzufügen2 605B funktioniertauf ähnlicheWeise, wie sie oben fürZu-Speicher-Hinzufügen 605A beschriebenwurde, jedoch unter Verwendung des durch Rückprojektion2 604B bestimmtenVoxels des Speichers M2.
[0101] Dadie in den Rekonstruktionsprozessor 601 eingegebenen Abtastwerte(Pixel) bei dieser beispielhaften Implementierung willkürlich sind,sind die durch Zu-Speicher-Hinzufügen 605A aktualisiertenSpeicheradressen willkürlich.Das heißt,dass bei dieser beispielhaften Implementierung Voxel auf willkürliche Weiserekonstruiert werden. Somit lässtman beim Handhaben von verschachtelten Lesevorgängen und Schreibvorgängen Sorgfaltwalten, um die Möglichkeitzu vermeiden, dass eine aktuelle Speicheraktualisierungsoperation voneiner Speicheradresse liest, die noch nicht durch eine vorherigeSpeicheraktualisierung geschrieben wurde. Der ZBT-SRAM oder einNoBL-SRAM (NoBL SRAM = No Bus Latency SRAM, Kein-Bus-Latenz-SRAM) ermöglicht verschachtelteLese- und Schreibvorgänge ohneBus-Tot-Zyklen. Mit anderen Worten können ZBT-SRAMs zum Zweck einerhundertprozentigen Buseffizienz jeden Taktzyklus lesen oder schreiben.Um eine potentielle Datenverfälschungbei dieser beispielhaften Implementierung zu vermeiden, ist es wichtig, dassder aktualisierte Wert nach dem Lesevorgang bei dem nächsten Taktzyklusgeschrieben wird. Da die Aktualisierung eines Voxels mit einer Hardware-Hinzufügen-Operationdurchgeführtwerden kann (wobei der Beitrag des empfangenen Pixels zu dem wiedergewonnenenVoxel von M1 hinzugefügtwird), kann das Ein-Zyklus-Zeitgebungserfordernisbei einer derartigen Implementierung erfüllt werden. Zu-Speicher-Hinzufügen 605A wirdvorzugsweise auf diese Weise implementiert.
[0102] Beivielen Implementierungen könnendie Erfordernisse, die sich auf verschachtelte Speicherlese- und Schreibvorgänge beziehen,gelockert werden. Üblicherweisesind die Speicherzugriffe nicht willkürlich, sondern folgen stattdessen einem vorbestimmten Muster oder sind auf andere Weise mehroder weniger regelmäßig. Ausführungsbeispieleder vorlie genden Erfindung ermöglicheneine Implementierung jeglichen beliebigen Musters, was je nach Artdes Prüfobjektsvariieren kann. Das heißt,das der Rekonstruktionsprozessor 501 flexibel genug ist,um den Empfang eines beliebigen willkürlichen Musters von Pixelnzu ermöglichen,und allgemein ist das zu verwendende spezifische Muster vorbestimmt.Falls zum Erfassen und/oder Kommunizieren von Pixeln eines Objektsan den Rekonstruktionsprozessor bestimmte Mustertypen verwendetwerden sollen, könnenmanche der Entwurfsüberlegungendes Rekonstruktionsprozessors gelockert werden. Beispielsweise kannunter Verwendung eines vorbestimmten Musters von aufeinander folgendenSpeicherzugriffen, die die Möglichkeiteiner Datenverfälschungeliminieren, ein Verschieben-Und-Hinzufügen-Rekonstruktionsalgorithmus(oder ein anderer auf Rückprojektionberuhender Rekonstruktionsalgorithmus) implementiert sein. Das heißt, dasszum Erfassen von radiografischen Bildern und zum Kommunizieren vonPixeln derselben an den Rekonstruktionsprozessor 501 einvorbestimmtes Muster verwendet werden kann, derart, dass keine Datenverfälschungauftritt. Somit kann der Rekonstruktionsprozessor 501 inFällen,bei denen Speicherzugriffe nicht willkürlich sind, mit einer hohenSpeicherbusnutzung implementiert sein, die nicht die oben erwähnten spezialisiertenSpeicher- und Zeitgebungsanforderungen aufweist. Demgemäß kann derRekonstruktionsprozessor 501 bei bestimmten Ausführungsbeispielenzur Verwendung mit jeglichen einer Mehrzahl von verschiedenen vorbestimmtenMustern von empfangenden Pixeln konfiguriert sein (z.B. Mustern,die nicht zwei aufeinander folgende Pixel, die zu denselben Voxelnbeitragen, in den Rekonstruktionsprozessor eingeben). Ein bevorzugtesAusführungsbeispiel,wie es hierin beschrieben ist, ist konfiguriert, um in der Lagezu sein, jegliches willkürlicheMuster von Pixeln von einem radiografischen Abbildungssystem zuempfangen und die Pixel auf die hierin beschriebene Weise effizientzu verarbeiten, was eine hohe Flexibilität und Anwendbarkeit bei vielenverschiedenen Arten von Konfigurationen von radiografischen Abbildungssystemenliefert.
[0103] Fernersollte man erkennen, dass an der oben beschriebenen beispielhaftenImplementierung verschiedene andere Modifizierungen durchgeführt werdenkönnen.Beispielsweise könnenstatt des oder zusätzlichzu dem ZBT-SRAM zum Speichern von rekonstruierten Bilddaten (Voxeln)herkömmlichereSpeicher wie z.B. SDRAM, DDR SDRAM und/oder QDR SDRAM verwendetwerden. Obwohl die oben beschriebene beispielhafte Implementierungeine Schreiboperation fürein modifiziertes Voxel in einem Taktzyklus durchführt, derunmittelbar auf den Taktzyklus folgt, in dem das Voxel gelesen wurde,kann bei bestimmten anderen Implementierungen zusätzlich dieSchreiboperation einer Speicheraktualisierung viele Taktzyklen nachder Leseoperation stattfinden (z.B. bei einer Implementierung unterVerwendung eines vorbestimmten Musters von aufeinander folgendenSpeicherzugriffen statt willkürlicherSpeicherzugriffe, oder falls eine zusätzliche HardwareverarbeitungmöglicheDatenverfälschungsproblemeberücksichtigt).Ein weiteres relativ einfaches Verfahren zum Vermeiden einer Datenverfälschungbesteht darin, einen Prozessortakt zu verwenden, der relativ zudem Speichertakt langsamer ist (so dass für jedes Pixel mehrere Speicherzyklenvorliegen).
[0104] Während diebeispielhafte Implementierung der 6 fernerzu jeglichem Zeitpunkt jeweils immer nur ein Pixel empfängt (z.B.ein Pixel alle zwei Taktzyklen des Rekonstruktionsprozessors), können verschiedene andereImplementierungen ermöglichen,dass mehrere Pixel in einem einzigen Taktzyklus empfangen werden. Fernerkann bei bestimmten Implementierungen (z.B. Implementierungen aufder Basis von Verschieben-Und-Hinzufügen) eine Mehrzahl von Pixelnparallel auf eine Mehrzahl von Voxeln angewendet werden. Zusätzlich können bestimmteImplementierungen Speicherburstoperationen verwenden, um die Speicherbusnutzungzu erhöhen.Wie in der Technik hinreichend bekannt ist, gilt, bei einem Speicherdatenblatt:die Burstlängebestimmt die maximale Anzahl von Spaltenpositionen, auf die für einengegebenen LESEN- oder SCHREIBEN-Befehl zugegriffen werden kann.Burstlängenvon 1, 2, 4 oder 8 Positionen stehen sowohl für die sequentiellen als auchdie verschachtelten Bursttypen zur Verfügung, und ein Vollseitenburststeht fürden sequentiellen Typ zur Verfügung,um Beispiele zu nennen. Der Vollseitenburst wird in Verbindung mitdem Befehl BURST BEENDEN verwendet, um willkürliche Burstlängen zuerzeugen. Bestimmte Implementierungen können eine ausgefeiltere Speicherschnittstellenbildungumfassen, beispielsweise einschließlich von Firmware-Cachespeichermechanismen.
[0105] 7 zeigt eine beispielhafte Übersicht über einePrüfsystemkonfiguration 700,bei der Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung implementiert sein können. Wie gezeigt ist, umfasstdas Prüfsystem 700 eineRöntgenstrahlen-Abbildungseinrichtung 502,eine Festmusterrauschkorrektureinheit 701, eine geometrischeKalibrierungseinheit 702, einen Rekonstruktionsprozessor 501 undRekonstruktionsspeicher 504. Bei typischen Prüfsystemenmüssendie durch die Abbildungseinrichtung 502 ausgegebenen Bilddatenmöglicherweisekalibriert werden. Demgemäß können dieFestmusterrauschkorrektureinheit 701 und die geometrische Kalibrierungseinheit 702 zumKalibrieren der Bilddaten, bevor sie durch den Rekonstruktionsprozessor 501 verarbeitetwerden, enthalten sein. Beispielsweise umfassen Abbildungseinrichtungenauf Digitalbasis üblicherweisemehrere Analog-/Digitalwandler(A-/D-Wandler), denen jeweils ein anderer Gewinn zugeordnet ist. Dementsprechendführt dieFestmusterrauschkorrektureinheit 701 eine Gewinnanpassungfür dieverschiedenen A-/D-Wandler in der Abbildungseinrichtung 502 durch.Ferner könnenaufgrund von Herstellungsfehlern des Bildsensors bestimmte Pixelin den Bilddaten fehlen, und ihre Werte müssen interpoliert werden. Somit kanndie Festmusterrauschkorrektureinheit 701 durch in der Technikbekannte Verfahren die fehlenden Pixel erfassen und ihre Werte interpolieren.Die geometrische Kalibrierungseinheit 702 führt eineAnpassung bezüglichder Helligkeit durch, da die Helligkeit mit zunehmender Entfernungder Pixel von der Röntgenstrahlenquelle abnimmt.Die Festmusterrauschkorrektureinheit 701 und die geometrischeKalibrierung 702 könnenals separate Vorrichtungen implementiert sein oder können indemselben FPGA enthalten sein, in dem der Rekonstruktionsprozessor 501 implementiertist, um Beispiele zu nennen.
[0106] Mansollte erkennen, dass Ausführungsbeispieleder Erfindung skalierbar sind. Im einzelnen sind sie in zwei Richtungenskalierbar. Beispielsweise könnenAusführungsbeispieledes hierin beschriebenen Rekonstruktionsprozessors innerhalb einesPrüfsystemsdupliziert werden, um die Anzahl von Z-Schicht-Rekonstruktionsspeichernzu erhöhen. 8 zeigt eine beispielhafteKonfiguration 900, bei der die Anzahl von Rekonstruktionsspeicherndurch Aufnahme von zwei Rekonstruktionsprozessoren 501A und 501B umeinen Faktor von zwei erhöhtist. Der Rekonstruktionsprozessor 501A kann auf die beiden obigen Beispielen beschriebene Weise implementiert sein, wobeier Pixel- und Positionsdaten 801 empfangen und diese Pixel-und Positionsdaten verwenden kann, um mehrere Tiefenschichten parallelzu rekonstruieren. Die rekonstruierten Bilddaten (Voxel) des Rekonstruktionsprozessors 501A werdenin den Rekonstruktionsspeichern 504A gespeichert. Bei diesemBeispiel umfassen die Rekonstruktionsspeicher 504A dieSpeicher M1_A, M2_A,M3_A und M4_A, wobeijeder zum Speichern von rekonstruierten Bilddaten, die einer bestimmtenTiefenschicht des Prüfobjektszugeordnet sind, dient. Zusätzlichist auch ein zweiter Rekonstruktionsprozessor 501B implementiert,der ebenfalls Pixel- und Positionsdaten 801 empfangen kannund diese Pixel- undPositionsdaten verwenden kann, um mehrere Tiefenschichten parallelzu rekonstruieren. Die rekonstruierten Bilddaten (Voxel) des Rekonstruktionsprozessors 501B werdenin Rekonstruktionsspeichern 504B gespeichert. Bei diesemBeispiel umfassen die Rekonstruktionsspeicher 504B dieSpeicher M1_B, M2_B,M3_B und M4_B, wobeijeder zum Speichern von rekonstruierten Bilddaten, die einer bestimmtenTiefenschicht des Prüfobjektszugeordnet sind, dient. Somit wird die Gesamtanzahl von Rekonstruktionsspeicherndurch Hinzu fügendes zweiten Rekonstruktionsprozessors 501B verdoppelt.Man sollte erkennen, dass die Rekonstruktionsprozessoren 501A und 501B parallellaufen können,so dass die Leistungsfähigkeitmit der Anzahl von Rekonstruktionsprozessoren linear zunimmt.
[0107] DieAnzahl von Pixel- und Positionseingangsbussen kann ebenfalls erhöht werden,wenn man annimmt, dass die Pixel- undPositionseingaben alle demselben Sichtfeld zugeordnet sind. 9 zeigt eine beispielhafteKonfiguration 900, bei der die Anzahl von verwendeten Pixel-und Positionseingangsbussen durch Aufnahme von zwei Pixel- und Positionseingangsbussen 901 und 902 umeinen Faktor von zwei erhöhtwird. Bei dem in 9 gezeigtenBeispiel wird fürjeden Pixel- und Positionsbus ein separater Rekonstruktionsprozessorverwendet. Im einzelnen ist der Rekonstruktionsprozessor 501A mitdem Pixel- und Positionsbus 901 gekoppelt, und der Rekonstruktionsprozessor 501B istmit dem Pixel- undPositionsbus 902 gekoppelt. Bei diesem Beispiel sind dieRekonstruktionsspeicher 504A mit dem Rekonstruktionsprozessor 501A gekoppeltund umfassen die Speicher M1_A, M2_A, M3_A und M4_A, die jeweils zum Speichern von rekonstruiertenBilddaten, die einer bestimmten Tiefenschicht des Prüfobjektszugeordnet sind, dienen. Ferner sind die Rekonstruktionsspeicher 504B mitdem Rekonstruktionsprozessor 501B gekoppelt und umfassendie Speicher M1_B, M2_B,M3_B und M4_B, diejeweils zum Speichern von rekonstruierten Bilddaten, die einer bestimmtenTiefenschicht des Prüfobjektszugeordnet sind, dienen. Bei diesem Beispiel speichern die SpeicherM1_A und M1_B rekonstruierteBilddaten füreine gemeinsame Z-Schicht, wie auch die Speicher M2_A undM2_B, die Speicher M3_A undM3_B sowie die Speicher M4_A undM4_B.
[0108] Beidieser Konfiguration speichern die Rekonstruktionsspeicher 504A dieZurückprojiziertenSummen von dem Pixelbus 901, und die Rekonstruktionsspeicher 504B speicherndie ZurückprojiziertenSummen von dem Pixelbus 902. Nachdem alle Pixel für ein Sichtfelddurch die Rekonstruktionsprozessoren 501A und 501B verarbeitetwurden, werden die Rekonstruktionsspeicher 504A und 504B summiert,um das abschließende Rekonstruktionsbildzu erhalten. Das heißt,dass die Rekonstruktionsspeicher M1_A undM1_B summiert werden (oder auf andere Weiseverarbeitet werden, z.B. durch Identifizieren des Maximalwerts unddurch Anwenden dieses Maximalwerts auf das Voxel), um ein rekonstruiertesBild füreine erste Tiefenschicht zu erzeugen, dass die Speicher M2_A und M2_B summiert(oder gemäß einemRekonstruktionsalgorithmus auf andere Weise verarbeitet) werden,um ein rekonstruiertes Bild füreine zweite Tiefenschicht zu erzeugen, dass die Speicher M3_A und M3_B summiert(oder auf andere Weise verarbeitet) werden, um ein rekonstruiertesBild füreine dritte Tiefenschicht zu erzeugen, und dass die Speicher M4_A und M4_B summiert(oder auf andere Weise verarbeitet) werden, um ein rekonstruiertesBild füreine vierte Tiefenschicht zu erzeugen. Man sollte erkennen, dassdie Rekonstruktionsprozessoren 501A und 501B parallellaufen, so dass die Leistungsfähigkeitmit der Anzahl von Rekonstruktionsprozessoren linear zunimmt, mitAusnahme eines geringen Zusatzaufwandes für das Summieren (oder anderweitigeVerarbeiten) der Speicherpaare der Rekonstruktionsprozessoren.
[0109] Hinsichtlichdes Vorstehenden liefern Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung mehrere Vorteile gegenüber bekanntenBildverarbeitungstechniken. Erstens ermöglichen Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung eine gleichzeitige Rekonstruktion mehrerergesonderter Tiefenschichten (oder „Z-Schichten") eines Prüfobjekts.In Fällen,bei denen mehrere Tiefenschichten für eine Analyse erforderlichsind, verbessert eine derartige gleichzeitige Rekonstruktion dieLeistungsfähigkeit.
[0110] Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung könnendie Systemkosten verringern, indem sie eine Präzisionspositionierungs- oderBereichsfindungshardware unnötigmachen.
[0111] Beispielsweisekönnteein Satz von Tiefenschichten in der ungefähren Region parallel rekonstruiert werden,und die gewünschteTiefenschicht könntealgorithmisch bestimmt werden. Beispielsweise könnte ein Autofokus- oder Korrelationsalgorithmusverwendet werden, um die gewünschteSchicht aus dem Satz von rekonstruierten Schichten zu bestimmen.Somit könnenAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung zu einer kostengünstigen Implementierung zumFinden und Prüfeneiner bestimmten Tiefenschicht eines Objekts beitragen. Beispielsweisebei der Prüfungvon gedruckten Schaltungsplatinen muss üblicherweise für jedes Sichtfeldeine geringe Anzahl von bestimmten Tiefenschichten geprüft werden. Übliche Prüfschichtensind Lötverbindungenauf der Oberflächeder Platine, und die Oberseite und Unterseite von Kugelrasterarrays,um Beispiele zu nennen. Ein Verfahren, das üblicherweise zum Erhalten einereinzelnen fokussierten Rekonstruktion verwendet wird, besteht darin,eine teure Präzisionspositionierungshardwarezu verwenden, um die gewünschteTiefenschicht bei einer bekannten Höhe zu platzieren. Jedoch können Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung verwendet werden, um mehrere gut gewählte Tiefenschichtenparallel zu rekonstruieren und die eine, die der gewünschtenTiefenschicht oder einer Referenzschicht, beispielsweise der Oberseiteder PC-Platine, am besten entspricht, algorithmisch zu bestimmenund somit die erforderliche Positionierungshardware zu eliminieren(oder deren Komplexitätzu verringern).
[0112] BestimmteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung verarbeiten Eingangspixel in Echtzeitfür Pixelabtastraten,die geringer als die oder gleich der halben globalen Taktrate desRekonstruktionsprozessors sind. In diesem Sinne bedeutet ein Verarbeitender Eingangspixel in „Echtzeit", dass ein empfangenesPixel in einem feststehenden, konstanten Zeitraum (z.B. zwei Taktzyklen)zum parallelen Anwenden des Beitrag dieses Pixels auf Voxel einerMehrzahl von verschiedenen Tiefenschichten verarbeitet wird. Beieinem Ausführungsbeispielkann beispielsweise fürjeden zweiten auf einander folgenden globalen Taktzyklen ein Pixelaus dem FIFO in die Berechnungspipeline gelesen werden, und mehrereRekonstruktionsspeicheraktualisierungen treten entsprechend einemvorherigen Pixel gleichzeitig auf. Somit besteht eine relativ geringefeststehende Latenz von dem Zeitpunkt, zu dem ein Pixel aus demFIFO gelesen wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Rekonstruktionsspeicheraktualisierung,die diesem Pixel entspricht, abgeschlossen ist. Wie oben erwähnt wurde,kann der Rekonstruktionsprozessor bei bestimmten Ausführungsbeispielenein Pixel bei einer Rate von einem Pixel alle zwei Taktzyklen inseine Verarbeitungspipelines aufnehmen, und jedes Pixel brauchteine geringe festgelegte Zeit (z.B. zwanzig Taktzyklen), um in derPipeline vollständigverarbeitet zu werden. Eine Echtzeit-Rekonstruktion ist ein deutlicher Vorteil,der bei vielen Anwendungen kritisch ist. Insbesondere hängt diepraktische Anwendbarkeit von automatisierten Röntgenstrahlenprüfsystemenbei vielen Umgebungen, z.B. Produktionsumgebungen, vom Durchsatzab.
[0113] Einweiterer Vorteil von Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine generische (oderflexible) Bildrekonstruktionsvorrichtung vorgesehen ist, die beieiner jeglichen von diversen verschiedenen Konfigurationen einesradiografischen Abbildungssystems verwendet werden kann und/oderin der eine beliebige von diversen unterschiedlichen Bildverarbeitungstechnikenzum Verarbeiten von empfangenen Bildpixeln, um Querschnittsbilderzu rekonstruieren, implementiert sein kann. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung liefert eine Bildrekonstruktionsvorrichtung,die wirksam ist, um eine effiziente Bildrekonstruktion (z.B. unterVerwendung einer parallelen Rekonstruktion mehrerer Querschnitte) für jeglichevon diversen unterschiedlichen Konfigurationen eines radiografischenAbbildungssystems zu liefern. Somit ist die Operation der Bildrekonstruktionsvorrichtungeines bevorzugten Ausführungsbeispielsnicht von einer bestimmten Konfiguration eines radiografischen Abbildungssystems(z.B. einem bestimmten Abtastweg oder Schrittmuster, einer bestimmtenDetektorarrayanordnung usw.) abhängig,um eine parallele Rekonstruktion mehrerer Querschnitte zu liefern.Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispielist die Bildrekonstruktionsvorrichtung vielmehr wirksam, um willkürliche Pixel(d.h. Pixel in einer beliebigen Reihenfolge) von einem radiografischenAbbildungssystem zu empfangen, die Voxel jedes einer Mehrzahl vonQuerschnitten, zu denen ein empfangenes Pixel beiträgt, zu bestimmen,und den jeweiligen Beitrag dieses Pixels auf jedes der bestimmtenVoxel anzuwenden. Demgemäß muss dasradiografische Abbildungssystem nicht auf eine bestimmte Weise konfiguriertsein, um ein paralleles Verarbeiten durch die Bildrekonstruktionsvorrichtungeines bevorzugten Ausführungsbeispielszu ermöglichen,sondern statt dessen könnenin Verbindung mit der Bildrekonstruktionsvorrichtung beliebige einerMehrzahl von verschiedenen Konfigurationen eines radiografischenAbbildungssystems verwendet werden, die digitale Bilddaten (Pixel)für einPrüfobjektausgeben.
[0114] Beispielsweiseermöglichenbestimmte Ausführungsbeispieleeine parallele Rekonstruktion von Tiefenschichten für ein Abbildungssystem,das einen unregelmäßigen Sensorund/oder eine unregelmäßige Reihenfolgezum Erfassen von Pixeln umfasst. Als Beispiel eines unregelmäßigen Sensors,der implementiert sein kann, kann ein Sensor nicht-zusammenhängend sein.Beispielsweise sind beispielhafte Konfigurationen von nicht-zusammenhängendenSensoren in den 10A-10C gezeigt. 10A zeigt einen ersten nicht-zusammenhängendenSensor 30A, der ein Array von Sensoren umfasst, die ineiner Kreuzstruktur mit einem darin befindlichen Loch (bzw. einemNicht-Vorliegen von Sensoren) 1001 angeordnet sind. 10B zeigt einen weiterennicht-zusammenhängendenSensor 30B, der ein Array von Sensoren umfasst, die ineinem rechteckigen Muster mit darin befindlichen Löchern (bzw.einem Nicht-Vorliegen von Sensoren) 1002 und 1003 angeordnetsind. Ein weiteres Beispiel besteht darin, mehrere nicht-zusammenhängende Liniensensorenzu verwenden, wie bei der Sensoranordnung 30_c in 10C, um Sensorkosten zuminimieren und durch ein Bewegen des Objekts Ansichten aus vielenWinkeln zu erhalten; Eingangskoordinaten für ein Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung könnenmathematisch verschoben werden, um die Objektbewegung zu berücksichtigen.Diverse andere Anordnungen von nicht-zusammenhängenden Sensoren können beieinem Abbildungssystem verwendet werden, und die Rekonstruktionsprozessorenvon Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung (z.B. des Ausführungsbeispiels der 6) sind mit derartigen Anordnungenvon nicht-zusammenhängendenSensoren betreibbar, um auf die oben beschriebene Weise mehrereTiefenschichten parallel zu rekonstruieren. Eine derartige nicht-zusammenhängende Sensoranordnungkann bei bestimmten Anwendungen, z.B. beim Abbilden bestimmter Objekte,wünschenswertsein.
[0115] Fernerkönnenbei der Bildrekonstruktionsvorrichtung eines bevorzugten Ausführungsbeispielsbeliebige von diversen unterschiedlichen Bildverarbeitungstechnikenzum Rekonstruieren von Querschnittsbildern implementiert sein. Beispielsweisesind in der Technik diverse Rückprojektions-und andere Bildverarbeitungstechniken bekannt, und bei der Bildrekonstruktionsvorrichtungeines bevorzugten Ausführungsbeispielskönnenbeliebige einer Mehrzahl von unterschiedlichen Typen von Bildverarbeitungstechnikenimplementiert sein. Beispielsweise können beliebige Bildverarbeitungstechniken(z.B. Technik auf Rückprojektionsbasis,einschließlichVerschieben-Und-Hinzufügen-Techniken),die in dem Rückprojektion-Block 604A desBeispiels der 6 zumEmpfangen der in diesen Rückprojektion-Block 604A eingegebenenInformationen wirksam sind und zum Verwenden dieser Informationendazu, den Beitrag eines Pixels auf ein Voxel einer Tiefenschichtanzuwenden, verwendet werden. Somit ist die parallele Rekonstruktionmehrerer Tiefenschichten nicht ausschließlich auf einen spezifischenRekonstruktionsalgorithmus beschränkt, sondern ermöglicht stattdessen, dass beliebige von diversen unterschiedlichen Rekonstruktionsal gorithmenverwendet werden (z.B. kann ein Rekonstruktionsalgorithmus, derspeziell füreine bestimmte Anwendung ausgelegt ist, selektiv verwendet werden).
[0116] Einweiterer Vorteil von Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie skalierbar sind.Durch Erhöhender Anzahl von implementierten Rekonstruktionsprozessoren kann beispielsweise dieGesamtanzahl von Rekonstruktionsspeichern erhöht werden (wie oben bei 8 beschrieben wurde). Fernerist die Anzahl von Eingangspixelbussen skalierbar (wie oben bei 9 beschrieben wurde).
[0117] Angesichtsdes Vorstehenden sollte man erkennen, dass Ausführungsbeispiele der vorliegendenErfindung eines oder mehrere (z.B. alle) der folgenden Merkmaleliefern können:1) Pixel könnendurch das radiografische Abbildungssystem in einer willkürlichenReihenfolge erfasst werden; 2) es können beliebige von diversenunterschiedlichen Rekonstruktionsverfahren (z.B. diverse unterschiedlicheauf Rückprojektionberuhende Algorithmen) implementiert sein; 3) unregelmäßige (z.B.nicht-zusammenhängende)Detektoranordnungen könnenbei dem radiografischen Abbildungssystem implementiert sein; und4) sehr großeradiografische Bilder könnendurch das radiografische Abbildungssystem erfasst und durch denRekonstruktionsprozessor verarbeitet werden (z.B. kann der Detektorin einem radiografischen Abbildungssystem in der Lage sein, einesehr großeMatrix von Pixeln zu erfassen). Zusätzlich zu den oben aufgezählten Merkmalenermöglichen Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung, dass ein Pixel derart verarbeitet wird,dass sein Beitrag auf mehrere Tiefenschichten (z.B. beim Rekonstruierenvon Voxeln der mehreren Tiefenschichten) eines Objekts parallelangewendet wird.
[0118] Obwohldie vorliegende Erfindung und ihre Vorteile oben ausführlich beschriebenwurden, sollte man sich darüberim klaren sein, dass daran diverse Änderungen, Ersetzungen und Modifizierungendurchgeführt werdenkönnen,ohne von der Wesensart und dem Schutzumfang der Erfindung, wie siedurch die beigefügten Patentansprüche definiertist, abzuweichen. Überdiessoll der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die bestimmtenAusführungsbeispieledes bzw. der in der Spezifikation beschriebenen Prozesses, Maschine,Herstellung, Materialzusammensetzung, Einrichtungen, Verfahren undSchritte beschränktsein. Wie Fachleute aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindungohne weiteres entnehmen können,können derzeitexistierende oder in Zukunft zu entwickelnde Prozesse, Maschinen,Herstellung, Materialzusammensetzungen, Einrichtungen, Verfahrenoder Schritte, die im wesentlichen dieselbe Funktion erfüllen oderim wesentlichen dasselbe Ergebnis erzielen wie die oben beschriebenenentsprechenden Ausführungsbeispiele,gemäß der vorliegendenErfindung verwendet werden. Demgemäß sollen die beigefügten Patentansprüche in ihremSchutzumfang derartige Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzungen,Einrichtungen, Verfahren oder Schritte umfassen.

权利要求:
Claims (24)
[1] Verfahren zum Rekonstruieren von Querschnittsbilderneines Objekts aus radiografischen Bildern des Objekts, wobei dasVerfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen von Pixeln einesradiografischen Bildes eines Objekts (10) an einem Bildrekonstruktionsprozessor (501),der wirksam ist, um die empfangenen Pixel zu verarbeiten, um Querschnittsbilderdes Objekts (10) zu rekonstruieren, wobei das Verarbeitendurch den Bildrekonstruktionsprozessor (501) von der Reihenfolge,in der die Pixel empfangen werden, unabhängig ist; für zumindestein erstes empfangenes Pixel, Bestimmen, durch den Bildrekonstruktionsprozessor(501), einer Mehrzahl von Voxeln, zu der das zumindesterste empfangene Pixel beiträgt;und paralleles Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor(501), eines Beitrags des zumindest einen ersten Pixelsauf die Mehrzahl von Voxeln.
[2] Verfahren gemäß Anspruch1, das ferner folgenden Schritt umfasst: Bestimmen, durch denBildrekonstruktionsprozessor (501), einer Mehrzahl von Voxeln, zuder das empfangene Pixel beiträgt,für jedesempfangene Pixel, und paralleles Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor(501), eines Beitrags des empfangenen Pixels auf die Mehrzahlvon Voxeln, zu denen das empfangene Pixel beiträgt.
[3] Verfahren gemäß Anspruch1 oder 2, bei dem die Mehrzahl von Voxeln folgendes Merkmal aufweist: einerstes Voxel einer ersten Schicht des Objekts (10) undein zweites Voxel einer zweiten Schicht des Objekts (10).
[4] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 3, das ferner folgenden Schritt umfasst: Empfangen vonPositionsdaten und Verwenden der Positionsdaten für das Bestimmender Mehrzahl von Voxeln.
[5] Verfahren gemäß Anspruch4, bei dem die Positionsdaten zumindest eines umfassen, das ausder Gruppe ausgewähltist, die aus Pixelpositionsdaten und Röntgenstrahlenfleckpositionsdatenbesteht.
[6] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 5, bei dem das Objekt (10) eine Schaltungsplatineumfasst.
[7] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 6, bei dem das radiografische Bild ein Röntgenstrahlenbild umfasst.
[8] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 7, bei dem das parallele Anwenden eines Beitrags des zumindesteinen Pixels auf die Mehrzahl von Voxeln ferner folgende Schritteumfasst: Wiedergewinnen der Mehrzahl von Voxeln von einem Speicher; Anwendeneines Beitrags des zumindest einen Pixels auf die Mehrzahl von Voxeln;und Schreiben der Mehrzahl von Voxeln, wie sie durch den Beitragdes zumindest einen Pixels modifiziert wurden, in den Speicher.
[9] Verfahren gemäß Anspruch8, bei dem das Anwenden des Beitrags des zumindest einen Pixelsauf die Mehrzahl von Voxeln folgenden Schritt umfasst: Verwendeneines auf Rückprojektionberuhenden Algorithmus.
[10] Verfahren gemäß Anspruch8 oder 9, bei dem das Anwenden des Beitrags des zumindest einenPixels auf die Mehrzahl von Voxeln ein Verwenden einer Technik umfasst,die aus der aus folgenden bestehenden Gruppe ausgewählt ist: Rückprojektionstechnik,Verschieben-Und-Hinzufügen-Technik und Mittelwertsbildungstechnik.
[11] Verfahren zum Rekonstruieren von Querschnittsbilderneines Objekts (10) aus radiografischen Bildern des Objekts(10), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangenzumindest eines Pixels eines radiografischen Bildes eines Objekts(10) an einem Bildrekonstruktionsprozessor (501); Empfangenvon zugeordneten Positionsdaten für das zumindest eine Pixelan dem Bildrekonstruktionsprozessor (501); Bestimmen,durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), eines erstenVoxels einer ersten Schicht des Objekts (10), zu dem daszumindest eine Pixel beiträgt,zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten, Bestimmen,durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), eines zweitenVoxels einer zweiten Schicht des Objekts (10), zu dem daszumindest eine Pixel bei trägt,zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten;und paralleles Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor(501), des jeweiligen Beitrags des zumindest einen Pixelsauf das erste Voxel und auf das zweite Voxel.
[12] Verfahren gemäß Anspruch11, das folgende Schritte umfasst: Empfangen einer Mehrzahlvon Pixeln des radiografischen Bildes an dem Bildrekonstruktionsprozessor(501); Empfangen von zugeordneten Positionsdaten für jedesder Mehrzahl von Pixeln an dem Bildrekonstruktionsprozessor (501); Bestimmen,für jedesder Mehrzahl von Pixeln, durch den Bildrekonstruktionsprozessor(501), eines ersten Voxels einer ersten Schicht des Objekts,zu dem das Pixel beiträgt,zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten,die dem Pixel zugeordnet sind, Bestimmen, für jedes der Mehrzahl von Pixeln,durch den Bildrekonstruktionsprozessor (501), eines zweiten Voxelseiner zweiten Schicht des Objekts, zu dem das Pixel beiträgt, zumindestteilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdaten, die demPixel zugeordnet sind; und paralleles Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor(501), des bestimmten Beitrags des Pixels auf das ersteVoxel und das zweite Voxel fürjedes der Mehrzahl von Pixeln.
[13] Verfahren gemäß Anspruch11 oder 12, bei dem die zugeordneten Positionsdaten zumindest einesumfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pixelpositionsdatenund Röntgenstrahlenfleckpositionsdatenbesteht.
[14] Verfahren gemäß einemder Ansprüche11 bis 13, bei dem das parallele Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor(501), des jeweiligen Beitrags des zumindest einen Pixelsauf das erste Voxel und auf das zweite Voxel ferner folgende Schritteumfasst: Wiedergewinnen des ersten und des zweiten Voxels voneinem Speicher; Anwenden des bestimmten Beitrags des zumindesteinen Pixels auf das erste und das zweite Voxel; und Schreibendes ersten und des zweiten Voxels, wie sie durch den Beitrag deszumindest einen Pixels modifiziert wurden, in den Speicher.
[15] Verfahren gemäß einemder Ansprüche11 bis 14, bei dem das parallele Anwenden, durch den Bildrekonstruktionsprozessor(501), des jeweiligen Beitrags des zumindest einen Pixelsauf das erste Voxel und das zweite Voxel folgenden Schritt umfasst: Verwendeneines auf Rückprojektionberuhenden Algorithmus.
[16] Rekonstruktionsprozessor (501), der folgendeMerkmale aufweist: zumindest ein Eingangstor zum Empfangenvon Pixeln eines radiografischen Bildes eines Objekts (10); zumindestein Eingangstor zum Empfangen von Positionsdaten, die einem empfangenenPixel zugeordnet sind; eine Bildverarbeitungslogik, die wirksamist, um zumindest teilweise auf der Basis der empfangenen Positionsdateneines empfangenen Pixels ein erstes Voxel einer ersten Schicht desObjekts (10) und ein zweites Voxel einer zweiten Schichtdes Objekts (10), zu denen das empfangene Pixel beiträgt, zu bestimmen;und wobei die Bildverarbeitungslogik wirksam ist, um den jeweiligenBeitrag des empfangenen Pixels parallel an das erste Voxel und daszweite Voxel anzuwenden.
[17] Rekonstruktionsprozessor (501) gemäß Anspruch16, der folgende Merkmale aufweist: einen mit demselben kommunikativgekoppelten ersten Speicher (605A) zum Speichern von Voxelnfür dieerste Schicht des Objekts (10); und einen mit demselbenkommunikativ gekoppelten zweiten Speicher (605B) zum Speichernvon Voxeln fürdie zweite Schicht des Objekts (10).
[18] Rekonstruktionsprozessor (501) gemäß Anspruch17, bei dem das zumindest eine Eingangstor zum Empfangen von Positionsdatenfolgende Merkmale umfasst: zumindest ein Eingangstor zum Empfangenvon Daten, die eine Tiefenkoordinate für die erste Schicht des Objekts(10) identifizieren; und zumindest ein Eingangstorzum Empfangen von Daten, die eine Tiefenkoordinate für die zweiteSchicht des Objekts (10) identifizieren.
[19] Rekonstruktionsprozessor (501) gemäß Anspruch17 oder 18, bei dem die Bildverarbeitungslogik folgende Merkmaleumfasst: zumindest ein Eingangstor zum Wiedergewinnen des erstenVoxels von dem ersten Speicher (605A); und zumindestein Eingangstor zum Wiedergewinnen des zweiten Voxels von dem zweitenSpeicher (605B).
[20] Rekonstruktionsprozessor (501) gemäß Anspruch19, bei dem die Bildverarbeitungslogik ferner folgende Merkmaleumfasst: zumindest ein Ausgangstor zum Schreiben des erstenVoxels, das den auf dasselbe angewendeten jeweiligen Beitrag desempfangenen Pixels aufweist, in den ersten Speicher (605A);und zumindest ein Ausgangstor zum Schreiben des zweiten Voxels,das den auf dasselbe angewendeten jeweiligen Beitrag des empfangenenPixels aufweist, in den zweiten Speicher (605A).
[21] Rekonstruktionsprozessor (501) gemäß einemder Ansprüche16 bis 20, bei dem die Bildverarbeitungslogik einen auf Rückprojektionberuhenden Algorithmus zum Anwenden des jeweiligen Beitrags des empfangenenPixels auf das erste Voxel und das zweite Voxel aufweist.
[22] System zum Rekonstruieren von Querschnittsbilderneines Objekts (10) aus radiografischen Bildern des Objekts(10), wobei das System folgende Merkmale aufweist: eineEinrichtung (502) zum Erfassen von Pixeln eines Objekts(10), wobei die Einrichtung zum Erfassen (502) eineAnordnung von nicht-zusammenhängendenSensoren (30) aufweist; und eine Einrichtung (501)zum Verarbeiten eines durch die Erfassungseinrichtung (502)erfassten Pixels, um mehrere Schichten des Objekts (10)parallel zu rekonstruieren.
[23] System gemäß Anspruch22, bei dem die Verarbeitungseinrichtung (501) den Beitragdes durch die Erfassungseinrichtung (502) erfassten Pixelsparallel auf eine Mehrzahl von Voxeln anwendet.
[24] System gemäß Anspruch23, bei dem die Mehrzahl von Voxeln Voxel unterschiedlicher Schichtendes Objekts (10) umfasst.

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CN1584931A|2005-02-23|

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2005-04-07| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|

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2007-10-04| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: AGILENT TECHNOLOGIES, INC. (N.D.GES.D. STAATES, US |

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2008-10-09| 8131| Rejection|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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