Einfluss von Signal-Rausch-Verhältnis und Binning auf die - NDT.net

sichtigt werden. Der Ansatz der ISO/TS 15530-3 zur empirischen Bestimmung der Messunsicherheit
ist relativ zeit- und kostenintensiv und daher wirtschaftlich nur schwer bzw. nur in
Einzelfällen durchführbar [4]. Zudem existiert noch wenig Erfahrung in der konkreten Umsetzung
und der Berücksichtigung aller relevanten Unsicherheitsbeiträge für die CT. Aktuell
wird außerdem der in der ISO/TS 15530-3 gewählte Ansatz zur Berücksichtigung unkorrigierter
systematischer Abweichungen kritisch diskutiert [5].
Als Lösungsansatz wird aus diesem Grund die numerische Simulation des Messprozesses
favorisiert. Sie bietet im Gegensatz zur Messung die Möglichkeit, relevante Parameterbereiche
von Einflussfaktoren vollständig und mit einer ausreichenden statistischen Signifikanz zu
berücksichtigen. Die Simulation ist als Monte-Carlo Methode mittlerweile zur Messunsicherheitsbestimmung
akzeptiert und in ihrem Einsatz beschrieben [2, 6]. Auch unter wirtschaftlichen
Gesichtspunkten ist die Simulation komplexer Messungen interessant, da Simulationen
bei der heute verfügbaren Rechnerperformance deutlich geringere Kosten im Hardware und
Personalbereich verursachen als reale Wiederholungsmessreihen.
Das hier verfolgte Ziel ist es, im Voraus die Messeigenschaften für reale CT-Messaufgaben
zu bestimmen und die Messparameter soweit zu optimieren, dass die Genauigkeit der Messung
gesteigert und Fehlmessungen nach Möglichkeit vermieden werden.
2 Untersuchungsansatz und Methodik
Im Bereich der industriellen digitalen Radiologie (DR) kommt dem Signal-Rausch-Verhältnis
(SNR) eine besondere Bedeutung zu. Es wird vermutet, dass das SNR, welches im Bereich
der DR die Detailerkennbarkeit bestimmt, auch im Bereich der CT eine wichtige Einflussgröße
darstellt und sich auf die Formmesseigenschaft auswirkt.
Im Wesentlichen wird das SNR von der Strahlungsdosis bestimmt. Diese ist jedoch in der
Praxis durch endlich Messzeiten und Detektoreinflüsse begrenzt. Eine Erhöhung der Strahlungsdosis
hinter dem Objekt wirkt sich positiv auf das SNR aus. Dies kann z.B. bei gleicher
Messzeit durch eine Erhöhung der Beschleunigungsspannung erreicht werden, da die Durchdringungsfähigkeit
der Röntgenstrahlung steigt. Jedoch steht dem eine Erniedrigung des Materialkontrastes
bzw. der Detailerkennbarkeit in den Projektionen entgegen. Weiterhin wird
die Detailerkennbarkeit in der DR durch die relative Größe der Pixel in den Durchstrahlungsbildern
bestimmt.
Allerdings sind die Ergebnisse der DR auf die CT, wegen der Bildgebung durch Rekonstruktion,
nicht direkt übertragbar und daher Gegenstand der durchgeführten Untersuchung. Die im
Folgenden verwendete Simulation der CT-Messung basiert auf einer Simulation von Röntgen-
Durchstrahlungen (Radiographien) als wichtigstem Bestandteil der CT-Messung [7]. Hier
werden die genannten Effekte in geeigneter Weise berücksichtigt und modelliert. Aus diesem
Grund wird die erstellte Simulationssoftware verwendet, um die Formmesseigenschaft des
CT-Systems zu charakterisieren.
Als Methode zur Untersuchung der genannten Einflüsse werden exemplarische Untersuchungen
an einem kalibrierten Prüfkörper durchgeführt, da hier die Untersuchung quantitativ auswertbar
und wirtschaftlich durchführbar ist. Kriterium und wesentlicher Vorteil bei der Verwendung
geeigneter (prismatischer) Prüfkörper ist es, dass sie kalibrierfähig sind und damit
die Messunsicherheit der Kalibrierung angegeben werden kann. Durch die Verwendung der
Kalibrierdaten können zusätzlich handhabbare CAD-Geometrien als Primitive konstruiert
werden, mit denen sich die Untersuchung einfach und automatisierbar durchführen lässt.
Zur Untersuchung der Einflussgrößen wurden bereits spezielle Prüfkörper entwickelt, gefertigt
und kalibriert, welche die Bestimmung von normgerechten Kenngrößen erlauben. Die
Prüfkörper und –konzepte wurden dabei von 1D (Kugelstäbe) über 2D (Kugelplatte) auf 3D
weiterentwickelt und dabei zugleich miniaturisiert. Aktuell können damit die CT-
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