特許 5873619 三角測量法を用いた歯科用３Ｄカメラによる３次元物体の光学的走査方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5873619

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】三角測量法を用いた歯科用３Ｄカメラによる３次元物体の光学的走査方法および装置

(51)【国際特許分類】

   A61C 19/04 20060101AFI20160216BHJP

   G01B 11/25 20060101ALI20160216BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20160216BHJP

【ＦＩ】

   A61C19/04 Z

   G01B11/25 H

   G06T1/00 315

【請求項の数】14

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2009-286064(P2009-286064)

(22)【出願日】2009年12月17日

(65)【公開番号】特開2010-188119(P2010-188119A)

(43)【公開日】2010年9月2日

【審査請求日】2012年10月30日

【審判番号】不服2014-9908(P2014-9908/J1)

【審判請求日】2014年5月28日

(31)【優先権主張番号】10 2008 054 985.1

(32)【優先日】2008年12月19日

(33)【優先権主張国】DE

(31)【優先権主張番号】12/563,723

(32)【優先日】2009年9月21日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500058187

【氏名又は名称】シロナ・デンタル・システムズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(72)【発明者】

【氏名】ヨアヒム プファイファー

(72)【発明者】

【氏名】コンラート クライン

【合議体】

【審判長】 内藤 真徳

【審判官】 長屋 陽二郎

【審判官】 関谷 一夫

(56)【参考文献】

【文献】 特表平０４−５０４２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９０９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５７７９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

A61C 1/00 - 5/06

A61C 5/14 - 7/00

A61C 19/00 - 19/10

G01B 11/00 - 11/30

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三角測量手順にしたがって動作し、３次元物体の複数の画像を取得する歯科用３Ｄカメラで前記物体を光学的に走査するための方法であって、前記方法は、
少なくとも１つのパターンが前記物体上に投影される間に、前記カメラにより取得された、前記物体の少なくとも２つの画像に基づいて少なくとも１つの比較信号を生成することと、
前記少なくとも１つの比較信号に基づいて少なくとも１つのカメラぶれ指数を決定することと、を含み、
前記画像が、強度または灰色度のレベルを示す座標を有する複数のピクセルを含み、前記少なくとも１つの比較信号が複数のピクセルを含み、前記少なくとも１つの比較信号の生成が、それぞれの位相位置の少なくとも１つのパターンの２つの画像を除算または減算し、それぞれ、ピクセル毎にそれらの画像の強度のレベルに対して生成された商または差を得ることを含み、
前記方法が、
イニシエーターを作動させることにより開始要求を開始させることと、
前記開始要求後に、前記少なくとも１つのパターンが前記物体上に投影される間に取得された、前記物体の画像により生成された連続走査シーケンスを得ることであって、そこで、前記少なくとも１つの比較信号の生成が、それらの画像のうちの少なくともいくつかに基づいて行われることと、
前記少なくとも１つのカメラぶれ指数の各別々のインスタンスが閾値を下回ることに応答し、かつ、開始要求のさらなる開始を要求することなく、前記少なくとも１つのカメラぶれ指数のそれぞれの別々のインスタンスが前記閾値を下回る前に得られた走査シーケンスのうちの少なくとも１つにおける画像に基づいて生成されたそれぞれの３Ｄデータセットを保存することと、
少なくともいくつかの記憶された３Ｄデータセットを組み合わせ、全体の３Ｄ記録を生成することと、
をさらに含む、方法。

【請求項2】

前記少なくとも１つのパターンが前記物体上に投影される間に取得された、前記物体の画像の少なくとも１つのそれぞれのグループによりそれぞれ生成される、少なくとも１つの走査シーケンスを得ることであって、そこで、前記少なくとも１つの比較信号の生成が、そのシーケンスの画像のグループに基づいて各走査シーケンスに対して行われ、前記決定することが、各それぞれの走査シーケンスに対して決定された、前記少なくとも１つのカメラぶれ指数が所定の合格基準を満たすかどうかを決定することも含むことと、
前記少なくとも１つのカメラぶれ指数が前記所定の合格基準を満たす走査シーケンスのうちの少なくともいくつかに基づいて３Ｄデータセットを提供する工程と、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記少なくとも１つのパターンが、周期的位相整合を伴う輝度分布と、照明光線に対する所定の位相位置とを有し、前記輝度分布が、正弦波状の強度勾配を有する平行ストライプを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記少なくとも２つの画像の一方における前記少なくとも１つのパターンの位相位置が、前記少なくとも２つの画像の他方における前記少なくとも１つのパターンの位相位置と同一であるか、またはそこから前記少なくとも１つのパターンの半周期の複数倍シフトされる、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記少なくとも１つのカメラぶれ指数の決定が、前記少なくとも２つの画像の対応ピクセルの分散を生成することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記生成することが、前記少なくとも１つのパターンが前記物体上に投影される間に前記カメラにより取得された、前記物体の少なくとも３つの画像に基づいて、少なくとも２つの比較信号を生成することを含み、前記決定することが、前記少なくとも２つの比較信号に基づいて行われる、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

所定の期間内に、前記少なくとも１つのパターンが前記物体上に投影される間に取得された、前記物体の画像により生成された連続走査シーケンスを得ることであって、そこで、前記少なくとも１つの比較信号の生成が、それらの画像のうちの少なくともいくつかに基づいて行われることと、
前記少なくとも１つのカメラぶれ指数の最小値が識別されることに応答して、前記最小値の識別前に得られた走査シーケンスのうちの少なくとも１つにおける画像に基づいて３Ｄデータセットを提供することと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記開始要求後に、前記少なくとも１つのパターンが前記物体上に投影される間に取得された、前記物体の画像により生成された連続走査シーケンスを得ることであって、そこで、前記少なくとも１つの比較信号の生成は、それらの画像のうちの少なくともいくつかに基づいて行われることと、
前記少なくとも１つのカメラぶれ指数が閾値を下回ることに応答して、前記走査シーケンスのうちの少なくとも１つにおける画像に基づいて３Ｄデータセットを提供することと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記閾値が可変である、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記少なくとも１つのカメラぶれ指数が前記閾値を下回るまで、前記閾値が一定の割合で増加する、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記三角測量手順が二重三角測量手順であり、そこで、前記方法が、３Ｄデータセットの算出のために、第１の三角測量角（θ１）で第１の走査シーケンスを生成することと、その後、第２の三角測量角（θ２）で第２の走査シーケンスを生成することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記第２の走査シーケンスの生成が、前記少なくとも１つのカメラぶれ指数が閾値を下回ることに応答して行われ、前記３Ｄデータセットの算出が、前記少なくとも１つのカメラぶれ指数が前記閾値を下回る前に取得された、前記第１の走査シーケンスの画像に基づいて、かつ前記第２の走査シーケンスの画像に基づいて行われる、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記少なくとも１つのパターンが複数のパターンを含み、そこで、前記方法は、
前記パターンのそれぞれが前記物体上に投影される間に取得された、前記物体の画像のうちの少なくともいくつかにより生成される少なくとも１つの走査シーケンスを得ることと、
前記画像において検出されたサブパターンの位置から幾何形状の取得を行うことと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

３次元物体の複数の画像を取得するために前記物体を光学的に走査するための、三角測量角（θ）を有する携帯型歯科用３Ｄカメラ装置であって、前記装置が、パターンが前記物体上に投影される間に取得された、前記物体の少なくとも２つの画像の商または差を決定することにより少なくとも１つの比較信号を生成し、前記少なくとも１つの比較信号を平均化することにより少なくとも１つのカメラぶれ指数を決定するように構成されたカメラぶれ分析ユニットを含み、前記画像が、強度または灰色度のレベルを示す座標を有する複数のピクセルを含み、前記カメラぶれ分析ユニットが、それぞれの位相位置のパターンを含む、前記少なくとも２つの画像を除算または減算することにより前記商または差を決定し、それぞれ、ピクセル毎にそれらの画像の強度のレベルに対して生成された商または差を得、
前記装置が、
前記少なくとも１つのパターンが前記物体上に投影される間に取得された、前記物体の少なくとも２つの画像により生成された走査シーケンスを保存するように構成されたメモリであって、前記走査シーケンスが、前記少なくとも１つの比較信号を生成するために用いられる、前記画像のうちの少なくとも１つを含む、メモリと、
前記走査シーケンスの少なくともいくつかの画像に基づいて少なくとも１つの３Ｄデータセットを提供するように構成された処理ユニットと、
をさらに含み、
前記装置が、開始信号を開始させるように動作可能なイニシエーターをさらに含み、そこで、前記開始信号に応答し、かつ所定の期間内に、前記メモリが前記走査シーケンスを保存し、前記処理ユニットが前記少なくとも１つの３Ｄデータセットを提供し、
前記カメラぶれ分析ユニットが、前記所定の期間内に決定された、前記少なくとも１つのカメラぶれ指数の最小値を検出するようにも構成され、前記処理ユニットが、前記少なくとも１つの３Ｄデータセットを提供することによりかかる検出に応答する、装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三角測量法を用いた歯科用３Ｄカメラによる３次元物体の光学的走査方法および装置に関する。この目的のため、物体上に投影したパターンのいくつかの個々の画像を記録する。

【背景技術】

【0002】

従来の方法では、使用者は、フットスイッチを作動させることによって開始の瞬間を決め、この瞬間から露光中の間カメラを静止した状態に保つ必要があった。記録は開始の瞬間に行われ、その後、結果を視覚化した。得られた画像を評価する場合には、カメラぶれに起因するアーチファクトの認識や、必要によっては、記録削除の判断にはある程度の経験が必要となる。フットスイッチの作動によって、開始の瞬間に動きが増しやすい。そのため、カメラぶれの問題は、カメラぶれに起因するアーチファクトが全く検出できないと使用者が判断するまで、複数の記録を行うことにより解決した。これを使用するために保存するが、他の画像は削除する。

【0003】

フットスイッチの作動によって、開始の瞬間に動きが増しやすい。これは、独国公開特許第１０２００５０２０２４０号Ａ１明細書において、使用者によりイニシエーターを作動後、調節可能な時間間隔が経過した後にのみ走査を行わせる遅延回路によって解決されている。このようにして、使用者は、開始手段の作動後、カメラを静止状態にリセットすることができる。しかしながら、この方法においても、個々の記録におけるカメラぶれの評価について使用者の経験が必要となる。

【0004】

実際のところ、手持ちカメラにより三角測量を用いた記録方法の能力を獲得する際に、ぶれの少ない記録を達成することは歯科医にとって最も困難なことの一つである。これまでのところ、この問題は使用者の経験により解決されている。

【0005】

カメラぶれに起因するアーチファクトは予め認識することができず、使用者が露光を開始した後にのみ見ることができるため、カメラぶれを回避するためにファインダ画像としてビデオ画像を表示することは意味がない。この範囲の問題は、ＥＰ特許出願公告第０，２５０，９９３号に記載されている。

【0006】

手持ち３Ｄカメラによる歯の幾何形状の取得には、カメラぶれの問題が伴う。特に、口腔内走査の場合や、ギプスの口腔外走査に伴う多くの状況においては、この問題を静止、支持等によって完全に回避することはできない。構造化した光や位相シフト法を用いた３Ｄ記録の場合、同じカメラ位置から複数回の露光（通常４〜１６回の露光）が必要となるため、カメラぶれは特に悪影響をもたらす。

【0007】

独国公開特許第１９８２９２７８号明細書に開示の歯科用３Ｄカメラでは、走査シーケンス中に機械的に絞りを部分的に覆うことで単一モード範囲を増やしているため、走査を連続して繰り返すことができない。個々の画像間でカメラぶれに起因してカメラが動くことにより、波状のアーチファクトをもたらし、時には、全く役に立たない３Ｄ露光となってしまう。

【発明の概要】

【0008】

本発明の目的は、前記欠点を回避し、かつ、使用者を支援して、ほぼぶれのない画像を得る、特に、リアルタイムでカメラぶれの発生を適切な方法で示し、なおかつ、３Ｄカメラのカメラぶれが無いか、あるいは、ほんのわずかなカメラぶれが起こるあるいは起こった瞬間を自動的に検出することが可能な前述タイプの方法および装置を提供することである。

【0009】

三角測量手順にしたがって動作し、３次元物体の複数の画像を取得する、歯科用３Ｄカメラによる３次元物体の光学的走査方法であって、本方法は、以下の工程：少なくとも１つのパターンを物体上に投影しながら、カメラにより取得した物体の少なくとも２枚の画像に基づいて少なくとも１つの比較信号を生成する工程と、少なくとも１つの比較信号に基づいて少なくとも１つのカメラぶれ指数を決定する工程と、を含む。

【0010】

このカメラぶれ指数は、カメラぶれの客観的測定を提供し、これを用いて光学的走査の品質を評価することができる。

【0011】

３Ｄデータセットは、物体上に投影したパターンの少なくとも２枚の画像からなる走査シーケンスから作ることができ、カメラぶれ指数の計算に用いる画像の少なくとも１つが、走査シーケンスの一部を生成するので有利である。

【0012】

カメラぶれ指数を算出するために走査シーケンスからの画像を用いることで、単にカメラぶれを判断し、その後、３Ｄデータセットを作るためそれらを用いることなく記録画像を削除することが回避される。

【0013】

本発明の方法の利点は、カメラぶれに起因する典型的なアーチファクトを探すことでカメラぶれの分析が、走査後、すなわち、３Ｄデータセットがコンパイルされた後には行われず、３Ｄデータセットを算出する前に行われることである。このようにして、３Ｄデータセットは、３Ｄカメラのカメラぶれがほんの僅かであると検出された場合にのみ計算される。

【0014】

別の利点は、カメラぶれ度合いの評価が、使用者の意見で主観的に行われることなく、客観的に測定可能な基準に基づいて行われることである。これにより、３Ｄデータセットの品質が保証され、人間の不注意あるいは未熟によるエラーが除外される。

【0015】

本方法は、それぞれが、少なくとも１つのパターンを物体上に投影しながら取得した物体の画像の少なくとも１つの各グループにより生成された少なくとも１つの走査シーケンスを得る工程をさらに含み、少なくとも１つの比較信号の生成工程が、そのシーケンスの画像グループに基づいて、走査シーケンス毎に行い、決定工程もさらに、それぞれの各走査シーケンスに対して決定された少なくとも１つのカメラぶれ指数が、閾値としての所定の合格基準を満たすかどうか決定する工程と、少なくとも１つのカメラぶれ指数が所定の合格基準を満たす少なくともいくつかの走査シーケンスに基づいて３Ｄデータセットを提供する工程とを含むので有利である。

【0016】

少なくとも１つのパターンは、周期的位相整合による輝度分布と、照明光線に対する所定の位相位置とを有し、輝度分布は、正弦波状の強度勾配を有する平行ストライプを含むので有利である。

【0017】

輝度分布は、共通の評価アルゴリズムを使用することができるように、少なくともおおよそ正弦分布にできるので有利である。

【0018】

少なくとも２枚の画像の１枚における少なくとも１つのパターンの位相位置は、少なくとも２枚の画像の別の１枚における少なくとも１つのパターンの位相位置と実質的に同一であるかまたは、そこからパターンの約半周期の複数倍ずれているので有利である。

【0019】

カメラぶれ指数の計算に用いる少なくとも２枚の画像のパターンは、同一の相対位相位置、あるいはパターンの半周期の複数倍ずれている相対位相位置を有することができる。これにより、カメラぶれ指数の計算が簡単になる。

【0020】

個々の画像は、明度または灰色度レベルを示す複数のピクセルからなり、各ピクセルは、１対の座標と関連付けられているので有利である。カメラぶれ分析ユニットは、除算または減算によりこれらの画像から比較信号を生成することができる。この処理中に、適当な相対位相位置を示す２枚の画像が用いられ、商または差は、比較信号がもう一度複数のピクセルからなるようにピクセルバイピクセルで、画像の明度レベルに対して生成される。

【0021】

比較信号は、減算により生成することができる。この目的のため、第１の画像の明度レベルは、ピクセルバイピクセルで、第２の画像の明度レベルから引くことができ、これにより、比較信号は、二次元分布を示す。

【0022】

比較信号は、互いにパターンの半周期分位相がずれている２枚の画像間の差を生成することによって決定することができるので有利である。

【0023】

比較信号は互いに鏡像関係であるため、カメラぶれが起こらなかった場合、正弦信号の場合には減算により、振幅は変化することなく周期を半分にすることになる。３Ｄカメラの時間依存のカメラぶれが起こる場合、比較信号は変化する。

【0024】

差の代わりに、商を生成することができ、この場合、同じ位相位置のパターンを示す画像を用いるので有利である。

【0025】

除算は、式（１−ｑ１／ｑ２）にしたがってピクセルバイピクセルで行うことができるので有利である。

【0026】

生成工程は、少なくとも１つのパターンを物体上に投影しながらカメラにより取得した物体の少なくとも３枚の画像に基づいて、少なくとも２つの比較信号を生成する工程を含み、カメラぶれ指数の決定工程は、少なくとも２つの比較信号に基づいて行われるので有利である。

【0027】

したがって、カメラぶれ指数は、少なくとも２つの比較信号から算出することができ、少なくとも３枚の画像が実行されることになる。

【0028】

このカメラぶれ指数は、カメラぶれ指数の計算に用いる少なくとも２枚の画像の露光間の経過時間内における３Ｄカメラのカメラぶれの信頼性の高い指標である。

【0029】

単に比較信号におけるピクセルの代表的な選択をカメラぶれ指数の計算に用いることができるので有利である。

【0030】

したがって、信号、すなわち、カメラぶれ指数の品質は、例えば、画像の中心で向上する。

【0031】

少なくとも１つのカメラぶれ指数の決定工程が、少なくとも２枚の画像の対応ピクセルの信号分散を生成する工程を含むので有利である。

【0032】

したがって、カメラぶれ指数の計算は、同一位相位置の２枚の画像における対応ピクセル間の分散を生成することにより行うことができ、この場合、分散の計算用に計算された偏差平方は、比較される画像における対応ピクセル間の距離の二乗である。

【0033】

このため、偏差平方和（したがって分散も）は、カメラぶれが増すにつれて増加するので、分散は、３Ｄカメラのカメラぶれ度の適当な指標として見なすことができる。

【0034】

本方法は、イニシエーターを作動させることによって開始要求を開始させる工程と、少なくとも１つのパターンを物体上に投影しながら取得した物体の画像により生成された連続走査シーケンスを所定の時間内で得る工程と、ここで、少なくとも１つの比較信号の生成工程は、これらの画像の少なくともいくつかに基づいて行い、少なくとも１つのカメラぶれ指数の最小値が決定したことに応答して、最小値の識別前に得られた少なくとも１つの走査シーケンスにおける画像に基づいて３Ｄデータセットを提供する工程と、をさらに含むので有利である。

【0035】

したがって、使用者は、所与の後続のタイムウィンドウ内に、走査シーケンスおよびカメラぶれ指数の計算用の画像を連続的に記録することができ、カメラぶれ指数を連続的に計算しながらこれらを画像メモリに一時的に保存するように、イニシエーターを作動させることによって開始要求を実行することができる。カメラぶれが最小であった開始の瞬間を選択することができ、先行する走査シーケンスにおける個々の画像から３Ｄ画像の計算を開始することができる。

【0036】

このようにして、使用者は、開始要求の作動後に３Ｄカメラを静止しようとしながら、露光の瞬間を概ね決定することができる。

【0037】

指定時間を２秒まで設定できるので有利である。これによって、使用者は、開始手段の作動後に３Ｄカメラを安定させるのに十分な時間がある。

【0038】

イニシエーターの有利な発展は、本方法が、イニシエーターを作動させることによって開始要求を開始させる工程と、開始要求後に、少なくとも１つのパターンを物体上に投影しながら取得した物体の画像により生成された連続走査シーケンスを得る工程と、ここで、少なくとも１つの比較信号の生成工程は、これらの画像のいくつかに基づいて行われ、少なくとも１つのカメラぶれ指数が閾値を下回ることに応答して、少なくとも１つの走査シーケンスにおける画像に基づいて３Ｄデータセットを提供する工程と、をさらに含むことである。

【0039】

したがって、使用者は、所与の後続の時間内に、カメラぶれ指数を連続的に計算して閾値と比較しながら、走査シーケンスおよびカメラぶれ指数の計算用の画像を連続的に記録し、前記指数が前記閾値を下回る場合に、直前の走査シーケンスにおける画像からの少なくとも１つの３Ｄデータセットの計算を開始し、それにより、３Ｄカメラは比較的安定した位置にあるように、イニシエーターを作動させることによって開始要求を実行することができる。

【0040】

このようにして、走査の瞬間、すなわち、３Ｄデータセットの計算に用いる走査データセットの露光の瞬間は、使用者により３Ｄカメラを安定させ、カメラぶれ指数を固定閾値より下回らせることで決定することができる。通常、かかる安定は、偶発的には滅多に起こらない。このようにして、個々の露光結果を監視する必要がなくなるため、特に、３Ｄデータセットの個々の露光を複数回連続的に行う場合において、走査処理を大幅に簡略化することができる。

【0041】

ここでも、使用者が開始手段の作動後に３Ｄカメラを安定させるのに十分な時間があるように、指定時間を２秒まで設定できるので有利である。

【0042】

閾値は変数であり、なおかつ、開始値から始まって、測定したカメラぶれ指数が閾値を下回るまで、一定時間の関係において増加し、それにより、３Ｄデータセットの計算が開始されるので有利である。

【0043】

これにより、測定カメラぶれ指数を時間内の少なくとも１つの瞬間でアンダーランさせ、３Ｄデータセットの少なくとも１つの計算を開始させることができる。

【0044】

本方法は、イニシエーターを作動させることによって開始要求を開始させる工程と、開始要求後に、少なくとも１つのパターンを物体上に投影しながら取得した物体の画像により生成された連続走査シーケンスを得る工程と、ここで、少なくとも１つの比較信号の生成工程は、これらの画像の少なくともいくつかに基づいて行い、少なくとも１つのカメラぶれ指数のそれぞれ別々のインスタンスが閾値を下回ることに応答し、かつ、開始要求の開始をさらに要求することなく、少なくとも１つのカメラぶれ指数のそれぞれ別々のインスタンスが閾値を下回る前に得られた少なくとも１つの走査シーケンスにおける画像に基づいて生成された各３Ｄデータセットを記憶する工程と、３Ｄ記録全体を生成するため、記憶された少なくともいくつかの３Ｄデータセットを組み合わせる工程と、さらに含むので有利である。

【0045】

したがって、使用者によるイニシエーターの作動後、走査動作の時間全体を通じて閾値を下回る度に、使用者から更に開始要求がなくても、先行する走査シーケンスにおける画像から３Ｄデータセットを算出し、このデータセットを保存する。

【0046】

これによって、使用者が走査動作を開始する必要は１回だけであり、多くの３Ｄ走査は、使用者が３Ｄカメラを静止させる毎に起こるため、カメラぶれ指数は閾値を下回る。

【0047】

異なる位相位置のパターンをもつ少なくとも５枚の画像を記録することができるので有利である。ここで、位相位置は、どの時点においても、パターンの周期の１／４だけずれている。すなわち、位相位置が０°の第１の位相関連画像を記録し、その後、位相位置が９０°の第２の画像、位相位置が１８０°の第３の画像、位相位置が２７０°の第４の画像、最後に、位相位置が３６０°の第５の画像を記録する。したがって、最終画像の位相位置は、最初に記録した画像のものに対応する。

【0048】

最初の４枚の記録画像は、走査シーケンスを生成し、そこから、３Ｄデータセットを位相シフト法により作ることができるので有利である。

【0049】

カメラぶれ指数は、３Ｄカメラにより記録されたこれらの５枚の画像からカメラぶれ分析ユニットにより計算できるので有利である。これにより、第２の位相位置の画像と第４の位相位置の画像間の第１の比較信号を減算により生成し、第１の位相位置の画像と第３の位相位置の画像間の第２の比較信号を減算により生成し、第３の位相位置の画像と第５の位相位置の画像間の第３の比較信号を減算により生成し、その後、カメラぶれ指数は、特定選択の複数のピクセルにわたって、第１の比較信号と第２の比較信号との第１の信号分散と、第１の比較信号と第３の比較信号との第２の信号分散とを平均化することで計算され、光学的走査中の３Ｄカメラのカメラぶれの度合いを評価するためカメラぶれ指数が実行される。

【0050】

３Ｄカメラが休止位置にある場合、第２の位相位置と第４の位相位置間の第１の比較信号、第１の位相位置と第３の位相位置間の第２の比較信号、および第３の位相位置と第５の位相位置間の第３の比較信号は、画像信号パターンにより示すように同一の振幅と半周期をもつ正弦形状を有する。走査される物体に対する３Ｄカメラの位置において時間依存の変化がある場合にのみ、はっきりとした差が比較信号間に存在する。その結果、第１の比較信号と第２の比較信号との第１の信号分散、および第１の比較信号と第３の比較信号との第２の信号分散が増加し、平均のカメラぶれ指数が増す。このようにして、カメラぶれ指数は、走査シーケンス内の３Ｄカメラのカメラぶれにおける信頼性の高い指標である。

【0051】

カメラぶれ分析ユニットは、３Ｄカメラで記録され、かつ、同じ位相位置を有する２枚の画像からカメラぶれ指数を算出するよう実行することができるので有利である。これにより、比較信号は、２枚の画像間の式（１−ｑ１／ｑ２）にしたがって除算により生成することができ、カメラぶれ指数は、この比較信号の複数ピクセルの代表的な選択にわたって算出することができ、光学的走査中の３Ｄカメラのカメラぶれの度合いを評価するためカメラぶれ指数が実行される。

【0052】

３Ｄカメラが休止位置にある場合、２枚の画像は同じ位相位置を有する。走査される物体に対する３Ｄカメラの位置において時間依存の変化がある場合にのみ、２枚の画像は互いに異なる。その結果、上記の式に従った２枚の画像の商は０から外れ、カメラぶれ指数は上昇する。これは、決定されたカメラぶれ指数が、同様に、走査シーケンス内の３Ｄカメラのカメラぶれにおける信頼性の高い指標であることを意味する。

【0053】

カメラぶれを視覚化する目的のため、物体上に投影した、少なくとも３枚の画像パターンから決定された少なくとも２つの比較信号から高コントラスト画像を算出し、出力することができる。典型的な手持ちカメラの振動によるカメラの動きは、時変ジッターとして表示される。

【0054】

これにより、使用者は、カメラぶれの強度をリアルタイムで観察し、それに応じて開始の瞬間を決定することができる。表示装置は、例えば、モニターであってもよい。

【0055】

高コントラスト画像の計算式は、

【数1】

であってもよいので有利である。ここで、Ｉｍは第１の比較信号を示し、Ｒｅは第２の比較信号を示す。

【0056】

算出された比較信号は、データ記憶装置に一時的に保存し、別の高コントラスト画像の計算に用いることができるので有利である。ここで、異なる走査シーケンスからの比較信号を比較する。

【0057】

カメラぶれの時間依存の視覚化を得るために、２枚の画像から決定された２つの比較信号を高コントラスト画像の連続計算用に取ることができる。これは、出力することができ、常に使用されていた最後の比較信号と、その後に決定された比較信号とからなるので有利である。連続的に出力された高コントラスト画像は、時変ジッターとして表示される。

【0058】

したがって、使用者は、ジッターの強度から３Ｄカメラのカメラぶれの度合いをリアルタイムで解釈することができる。

【0059】

高コントラスト画像は、連続的に計算して経時的に表示され、なおかつ、使用者により用いられ、走査シーケンスの個々の画像から３Ｄデータセットの計算用に開始の瞬間を選択することができるので有利である。

【0060】

したがって、高コントラスト画像により、従来技術から知られているファインダ画像におけるアーチファクトの発生からカメラぶれを認識するために、予め経験がなくともカメラのカメラぶれの度合いを客観的に評価することができる。

【0061】

少なくとも４枚の画像を高コントラスト画像の計算に用いることができるので有利である。ここで、各画像におけるパターンの位相位置は、先行する画像に対して＋９０°ずれているため、第１の画像の第１の位相位置は０°であり、第２の画像の第２の位相位置は９０°であり、第３の画像の第３の位相位置は１８０°であり、第４の画像の第４の位相位置は２７０°である。

【0062】

次いで、４枚の画像から減算により２つの比較信号を取得することができる。第１の比較信号は、第２の位相位置と第４の位相位置との画像から生成され、第２の比較信号は、第１の位相位置と第３の位相位置との画像から生成される。その後、カメラぶれを視覚化する目的で、第１の比較信号と、第１の比較信号に先行する第２の比較信号とから高コントラスト画像を算出することができ、この高コントラスト画像は、表示装置上に出力することができる。

【0063】

三角測量手順は、二重三角測量手順であり、本方法は、３Ｄデータセットの算出において、第１の三角測量角で第１の走査シーケンスを生成する工程と、その後、第２の三角測量角で第２の走査シーケンスを生成する工程とをさらに含み、第２の走査シーケンスの生成工程は、少なくとも１つのカメラぶれ指数が閾値を下回ることに応答して行われ、３Ｄデータセットの算出は、少なくとも１つのカメラぶれ指数が閾値を下回る前に取得した第１の走査シーケンスの画像と、第２の走査シーケンスの画像とに基づいて行われるので有利である。

【0064】

したがって、個々の３Ｄデータセットの計算は、第１の三角測量角を用いた第１の走査シーケンスと、第２の三角測量角を用いた第２の走査シーケンスとの実行により行われる。

【0065】

第２の走査シーケンスは、例えば、単一モード範囲を拡大する深さ走査範囲を拡大するのに役立つ。これは、それ自体が公知となっている。本発明の文脈中では、しかしながら、第２の走査シーケンスは、第１の走査シーケンスのカメラぶれが十分に小さい場合にのみ開始される。

【0066】

二重三角測量法において、物体上へのパターンの投影は、２つの異なる三角測量角で行われて記録される。このようにして、一意に割当可能な深さ走査範囲が明らかに増す。この目的のため、第１の三角測量角は１°〜１３°に、第２の三角測量角は１．５°〜１５°にすることができる。独自の深さ走査範囲は、２０ｍｍ〜２５ｍｍにすることができる。

【0067】

二重三角測量法によれば、閾値が一旦アンダーランになると、第２の三角測量角を用いた第２の走査シーケンスを記録することができ、その後、閾値を下回る点の前に第１の走査シーケンスにおける画像から、かつ、第２の走査シーケンスにおける画像から３Ｄデータセットを算出することができるので有利である。

【0068】

あるいは、本発明によれば、光切断法を用いて３Ｄデータセットを生成することができる。この場合、物体上に投影した複数のパターンの複数の個々の画像を記録して、走査シーケンスを生成する。走査シーケンスの画像で検出されたサブパターンの位置から、幾何形状の取得を行い、３Ｄデータセットを算出する。

【0069】

本発明によれば、パターンのうちの１つを示す物体の少なくとも１つの別の画像を記録し、この別の画像を対応パターンを示す走査シーケンスにおける画像とともに用いて、カメラぶれ指数を決定する。

【0070】

本発明の別の目的として、本発明は、３次元物体の複数の画像を取得するため３次元物体を光学的走査する、三角測量角を有する歯科用携帯型３Ｄカメラ装置に関し、該装置は、パターンを物体上に投影しながら取得した少なくとも２枚の物体の画像の商または差を決定することによって少なくとも１つの比較信号を生成し、少なくとも１つの比較信号を平均化することによって少なくとも１つのカメラぶれ指数を決定するようになっているカメラぶれ分析ユニットを含む。

【0071】

したがって、歯科用３Ｄカメラ装置は、物体上に投影したパターンの少なくとも２つの個々の画像を記録することができる。装置は、カメラぶれ分析ユニットを有しており、手持ち３Ｄカメラのカメラぶれを決定するためのカメラぶれ分析ユニットによって、少なくとも２つの個々の画像を除算または減算することで少なくとも１つの比較信号を取得することができ、少なくとも１つの比較信号からカメラぶれ指数を算出することができる。

【0072】

本発明の装置は、主として、請求項１に記載の本発明の方法を行う目的に適している。

【0073】

装置は、少なくとも１つのパターンを物体上に投影しながら取得した物体の少なくとも２枚の画像により生成された走査シーケンスを記憶するようになっている画像メモリと、ここで、走査シーケンスは、少なくとも１つの比較信号を生成してカメラぶれ指数の計算に用いられる少なくとも１つの画像を含み、少なくともいくつかの走査シーケンスの画像に基づいて少なくとも１つの３Ｄデータセットを提供するようになっている画像処理ユニットとを含むので有利である。

【0074】

したがって、３Ｄカメラにより記録された少なくとも２枚の画像からなる走査シーケンスを記録し、メモリに保存する。さらに、３Ｄデータセットは、走査シーケンスにおける画像から作ることができ、カメラぶれ指数の計算に用いた画像の少なくとも１枚は、走査シーケンスの一部とすることができる。

【0075】

これは、カメラぶれの度合いを確認するのに必要な追加の処理を最小限にするので有利である。

【0076】

装置は、周期位相を有する輝度分布および照明光線に対する公知の位相関係ならびに公知の位相位置を有利に示し得るパターンを有することができる。

【0077】

特に、輝度分布は、正弦波状の強度勾配を示す平行ストライプからなることができる。

【0078】

装置は、開始信号を開始させるよう動作可能なイニシエーターをさらに含み、これに応答し、かつ、所定の時間内で、メモリが走査シーケンスを記憶し、画像処理ユニットが少なくとも１つの３Ｄデータセットを提供し、カメラぶれ分析ユニットがさらに、所定の時間内に決定された少なくとも１つのカメラぶれ指数の最小値を検出するようになっており、処理ユニットが、少なくとも１つの３Ｄデータセットを提供することによってかかる検出に応答するので有利である。

【0079】

したがって、使用者は、開始手段を作動させることによって、指定時間内に走査および個々の３Ｄデータセットの計算、あるいは、指定されたタイムウィンドウ内に走査および複数の３Ｄデータセットの計算を開始することができる。時間枠の持続時間は、カメラぶれ分析ユニット内のメモリに記憶される。

【0080】

イニシエーターは、例えば、フットペダルあるいは任意の所望の駆動要素であってよい。

【0081】

装置は、画像処理ユニットを有することができ、この場合、カメラぶれ分析ユニットは、画像処理ユニット内で選択された走査シーケンスにおける画像から３Ｄデータセットの計算を開始するので有利である。

【0082】

画像処理ユニットは、コンピュータ上で動作する信号処理用の特殊なソフトウェア、または電子回路などのデータ処理ユニットであってもよい。

【0083】

カメラぶれ分析ユニットは、可変閾値を記憶可能なメモリを含むことができるので有利である。

【0084】

装置は、第１の三角測量角での第１の走査シーケンスと、第２の三角測量角での第２の走査シーケンスとを含む二重三角測量法を用いて光学的走査を実行できるようにするために、三角測量角を変化させる調整手段を含むことができるので有利である。

【0085】

そのような三角測量角を変化させる調整手段は、調整手段により照明光線を異なる方向から生じさせることで、三角測量角を変化させるように、照明光線を一部遮断するメカニカルフラグ、いくつかの他の電子制御式光学絞り、あるいは別の光源であってもよい。

【0086】

算出された比較信号は、カメラぶれ分析ユニット内にあるデータ記憶装置に記憶することができる。

【0087】

装置はモニターの形態であってもよい表示手段を有することができ、少なくとも２つの比較信号の高コントラスト画像を算出して、カメラぶれを視覚化することができ、この比較信号は物体上に投影したパターンの少なくとも３枚の画像から減算または除算により取得することができるので有利である。高コントラスト画像は、多くの同時に表示されたピクセル強度を示す測定値として表示手段により表示することができ、カメラぶれは、時変ジッターの形態で表示される。カメラぶれ分析ユニットは、高コントラスト画像の計算に適するように設計することができる。

【0088】

カメラぶれ分析ユニットは、３Ｄカメラに設置するか、あるいは、それから離してケーブルまたは無線により３Ｄカメラに接続されたデータ処理機器に設置することができる。カメラぶれ分析ユニットは、信号処理するように特別に対応されたコンピュータ上で動作するソフトウェア、あるいは、上述の方法で入力信号を処理し、出力信号を出すようになされた電子回路であってもよい。このカメラぶれ分析ユニットは、例えば、差分解析により入力信号と個々の画像とを互いに比較することにより、前記方法でカメラぶれ指数を算出する。

【0089】

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0090】

【図1】イニシエーターおよび自動開始を示す、本発明の方法を明確にするための図である。

【図2】カメラぶれ指数の計算を明確にするためのグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0091】

図１は、位相シフト法により例示される本発明の方法および本発明の装置を明確にするための図である。歯科用３Ｄカメラ１は、三角測量法を用いて３次元物体２（すなわち、歯）を走査するために用いられる。図示していないが従来技術から知られているファインダ画像により、３Ｄカメラ１を物体２上で位置決めする。次いで、３Ｄカメラ１は、物体２上に投影したパターン３の個々の画像３０を５枚記録し、このパターン３は、正弦波状の輝度分布を有する平行ストライプからなり、画像３０の各々は、座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）を有する複数のピクセルＰ_ｉを含む。各画像３０において、パターン３は、周期の１／４（すなわち、９０°の位相）だけずれており、５枚の画像３０の最初の４枚により走査シーケンスを生成し、そこから、物体２の３Ｄデータセット１０を算出する。

【0092】

記録された画像３０は、３Ｄカメラ１により画像メモリ７に送信され、カメラぶれ分析ユニット４により評価する。ここで、画像３０に関するデータが実行され、カメラぶれ指数５０を算出する。このため、比較信号４５、４６、４７は、対応する位相位置４０、４１、４２、４３、４４で個々の画像３０間を減算または除算することで決定され、データ記憶装置２１に記憶される。カメラぶれ指数５０は、これらの比較信号４５、４６、４７を平均化または減算し、さらに、関連する複数の選択したピクセルＰ_ｉについて平均化することで決定される。計算を行う方法について、図２を参照してさらに詳細に説明する。

【0093】

使用者がイニシエーター５（本実施形態では、フットスイッチ）を作動させると、カメラぶれ分析ユニット４に開始要求が送られる。データ記憶装置６に保存されている時間内、例えば、２秒の指定時間内に、画像３０を記録し、画像メモリ７に配置され、カメラぶれ指数５０が算出される。

【0094】

その後、時間内にカメラぶれ指数５０が最も小さかった開始の瞬間を決定し、前記開始の瞬間に先立つ走査シーケンスの４枚の画像３０を画像メモリ７から取り出し、画像処理ユニット８に伝える。３Ｄデータセット１０は、それ自体公知の位相シフト法により４枚の個々の画像３０から画像処理ユニット８で算出される。

【0095】

３Ｄデータセット１０は、記録された物体２に関する３次元データを含み、走査された物体２（すなわち、歯）の３次元モデルとして表示装置９上に表示される。

【0096】

別の実施形態では、イニシエーター５の作動後の指定時間内で、算出されたカメラぶれ指数５０をメモリ２０に記憶された可変閾値と比較し、閾値を下回る場合には、先行する走査シーケンスからの画像３０の３Ｄデータセット１０で計算を開始する。

【0097】

さらに、カメラぶれ分析ユニット４は、個々の画像３０の第１の比較信号４５、および第２の前の比較信号４６あるいは第３のその後に続く比較信号４７のいずれかから高コントラスト画像１２を算出し、時変ジッター１２’として表示装置１１により示される。高コントラスト画像１２は、３Ｄカメラのカメラぶれをリアルタイムで再現する。したがって、使用者は、経時的なカメラぶれの変動を直接見ることができる。使用者は、例えば、カメラぶれの度合いを評価するために、なおかつ、例えば、高コントラスト画像１２により表示されるカメラぶれの小さい瞬間にイニシエーター５を再び作動させることで、先行する走査シーケンスにおける画像３０から３Ｄデータセット１０の計算を開始するために、この高コントラスト画像１２を利用することができる。

【0098】

データ記憶装置は、光学的走査の動作全体を通じて算出された比較信号全てのデータを記憶できるのに十分な大きさであるので有利である。

【0099】

さらに、カメラぶれ指数は、例えば、ランプ信号または音響信号の形態で出力される。例えば、カメラぶれ指数は、閾値と連続的に比較され、閾値を下回るか上回るかに応じて、ランプは発光したりしなかったりする。

【0100】

図２は、位相シフト法により例示されるカメラぶれ指数５０の計算および高コントラスト画像１２を明確にするための図である。第１の画像３０の第１の位相位置４０は０°であり、第２の画像３０の第２の位相位置４１は９０°であり、第３の画像３０の第３の位相位置４２は１８０°であり、第４の画像３０の第４の位相位置４３は２７０°であり、第５の画像３０の第５の位相位置は３６０°である。第１の比較信号４５は、第２の画像３０のフェージング４１を第４の画像３０のフェージング４３に加えることにより生成される。第２の比較信号４６は、第１の画像３０のフェージング４０を第３の画像３０のフェージング４２に加えることにより生成される。第３の比較信号４７は、第３の画像３０のフェージング４２を第５の画像３０のフェージング４４に加えることにより生成される。第１の信号分散４８は、第１の比較信号４５と第２の比較信号４６とから生成され、第２の信号分散は、第１の比較信号４５と第３の比較信号４７とから生成され、カメラぶれ指数５０は、関連範囲のピクセルＰ_ｉについて平均化することで算出される。

【符号の説明】

【0101】

１ 歯科用３Ｄカメラ、２ 物体、３ パターン、４ カメラぶれ分析ユニット、５ イニシエーター、６ 走査時間中のデータ記憶装置、７ 画像メモリ、８ 画像処理ユニット、９ ３Ｄデータセットを表示するための表示装置、１０ ３Ｄデータセット、１１ 高コントラスト画像を表示するための表示装置、１２ 高コントラスト画像、２０ 閾値用のメモリ、２１ 比較信号用のデータ記憶装置、３０ ピクセルＰ_ｉを有し、かつ、明度または灰色度レベルｑ_ｉを有する画像、４０ 第１の位相位置、４１ 第２の位相位置、４２ 第３の位相位置、４３ 第４の位相位置、４４ 第５の位相位置、４５ 第１の比較信号、４６ 第２の比較信号、４７ 第３の比較信号、４８ 第１の信号分散、４９ 第２の信号分散、５０ カメラぶれ指数、５５ スイッチ、１００ 調整手段

【図1】

【図2】