JP2003148934A - 画像から歯のモデルを作成する方法 - Google Patents
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- A61C9/006—Optical means or methods, e.g. scanning the teeth by a laser or light beam projecting one or more stripes or patterns on the teeth
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- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 位置合わせを必要とせず、走査ヘッドを静止
させた状態とすることを必要とせずに、歯のモデルを作
成する方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 口腔内対象の一連の画像から歯のモデル
を作成する方法は、（ａ）共通表面特徴と制御特徴を与
えるために口腔内対象に対して配置された制御目標とを
含む口腔内対象の一連の画像を複数の捕捉位置から捕捉
し、（ｂ）対象の一連の画像から共通特徴を、対象の画
像と共に撮像される制御対象から制御特徴を測定し、
（ｃ）制御特徴の測定結果を写真測量法により整列させ
て対象の３次元モデルを解析的に発生し、捕捉位置の可
変の向きによる画像の誤りを減少させると共に対象の写
真測量法により整列された３次元モデルを与え、（ｄ）
対象の写真測量法により整列された３次元モデルを、モ
デルの共通特徴を対象の画像上の類似した特徴に整列さ
せて調整し、一連の画像から整列された歯のモデルを生
成する。
させた状態とすることを必要とせずに、歯のモデルを作
成する方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 口腔内対象の一連の画像から歯のモデル
を作成する方法は、（ａ）共通表面特徴と制御特徴を与
えるために口腔内対象に対して配置された制御目標とを
含む口腔内対象の一連の画像を複数の捕捉位置から捕捉
し、（ｂ）対象の一連の画像から共通特徴を、対象の画
像と共に撮像される制御対象から制御特徴を測定し、
（ｃ）制御特徴の測定結果を写真測量法により整列させ
て対象の３次元モデルを解析的に発生し、捕捉位置の可
変の向きによる画像の誤りを減少させると共に対象の写
真測量法により整列された３次元モデルを与え、（ｄ）
対象の写真測量法により整列された３次元モデルを、モ
デルの共通特徴を対象の画像上の類似した特徴に整列さ
せて調整し、一連の画像から整列された歯のモデルを生
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して歯の撮像の
分野に関連し、特に歯に準備された窩洞を撮像し、それ
に続いて窩洞に入れる歯科用インレーの自動化された製
造を制御するためにモデルを自動的に生成する方法及び
装置に関する。
分野に関連し、特に歯に準備された窩洞を撮像し、それ
に続いて窩洞に入れる歯科用インレーの自動化された製
造を制御するためにモデルを自動的に生成する方法及び
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明は、一般的に以下のような従来通
りの状況に関連する。歯科医は、例えばインレー又はク
ラウンによる歯の修復を可能とするよう虫歯に窩洞を準
備する。準備が行われた後、窩洞の型が取られ、通常は
歯科技工物製作所へ送られる。このような従来の方法と
は異なり、歯科技工物製作所の役割を軽減し、所望の復
元用の技工物を製造するための従来とは異なった最新の
技術がある。特に、準備された窩洞は電気光学走査ヘッ
ドを用いて記録される。このようにして得られるデータ
は、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）の分野の技術を用
いて操作者の入力によって補われ、最終的な技工物は小
型ＮＣ（数値制御）研磨機を用いて製造される。
りの状況に関連する。歯科医は、例えばインレー又はク
ラウンによる歯の修復を可能とするよう虫歯に窩洞を準
備する。準備が行われた後、窩洞の型が取られ、通常は
歯科技工物製作所へ送られる。このような従来の方法と
は異なり、歯科技工物製作所の役割を軽減し、所望の復
元用の技工物を製造するための従来とは異なった最新の
技術がある。特に、準備された窩洞は電気光学走査ヘッ
ドを用いて記録される。このようにして得られるデータ
は、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）の分野の技術を用
いて操作者の入力によって補われ、最終的な技工物は小
型ＮＣ（数値制御）研磨機を用いて製造される。
【０００３】米国特許第４，８３７，７３２号（Brande
stini外）は、歯科医が、復元のために準備された歯の
そのままの形状を記録する方法を記載する。この方法で
は、準備された歯とそれらの直ぐ近傍の領域の３次元形
状を定義するデータの捕捉が行われる。まず、ビデオデ
ィスプレイ上に走査ヘッドからの生の画像を表示し、ビ
デオディスプレイ上で歯の画像を観察しつつ、準備され
た歯に対する走査ヘッドの向きを手動で決める。その
後、選択された向きで走査ヘッドによって生成されたデ
ータから、対応する奥行き画像及びコントラスト画像を
発生し、奥行き画像はコントラスト画像に基づいて処理
される。この方法は、更に、生の画像に表示された歯を
以前のデータ捕捉からの参照データとオンラインで整合
させることを容易にするために、ビデオディスプレイ上
に表示された画像にグラフィックなマーカを重畳する段
階を含む。
stini外）は、歯科医が、復元のために準備された歯の
そのままの形状を記録する方法を記載する。この方法で
は、準備された歯とそれらの直ぐ近傍の領域の３次元形
状を定義するデータの捕捉が行われる。まず、ビデオデ
ィスプレイ上に走査ヘッドからの生の画像を表示し、ビ
デオディスプレイ上で歯の画像を観察しつつ、準備され
た歯に対する走査ヘッドの向きを手動で決める。その
後、選択された向きで走査ヘッドによって生成されたデ
ータから、対応する奥行き画像及びコントラスト画像を
発生し、奥行き画像はコントラスト画像に基づいて処理
される。この方法は、更に、生の画像に表示された歯を
以前のデータ捕捉からの参照データとオンラインで整合
させることを容易にするために、ビデオディスプレイ上
に表示された画像にグラフィックなマーカを重畳する段
階を含む。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術によるこの方
法の欠点は、後に結果物の質を妨げうる位置合わせ方法
を含むことであり、また、手順のうちの特定の時点にお
いて歯科医が走査ヘッドを殆ど完全に静止させて保持す
ることを要求する点である。特に、一般的に３次元（３
Ｄ）位置合わせ方法によるアーティファクト（例えばフ
リンジ、斑点、及び／又は、ベネチアン・ブラインド効
果）について、上記特許では、奥行きの測定のために位
相角の差が使用されるため「耐え難いものであり、排除
されねばならない」と記載されている。更に、上記特許
は、「トリガを発した後に、ほぼ瞬間的な３Ｄ捕捉」を
行うことが必要であり、サーチモードと捕捉モードとの
間に走査ヘッドの向きが変化してはならないことが本質
的な条件であるとされている。
法の欠点は、後に結果物の質を妨げうる位置合わせ方法
を含むことであり、また、手順のうちの特定の時点にお
いて歯科医が走査ヘッドを殆ど完全に静止させて保持す
ることを要求する点である。特に、一般的に３次元（３
Ｄ）位置合わせ方法によるアーティファクト（例えばフ
リンジ、斑点、及び／又は、ベネチアン・ブラインド効
果）について、上記特許では、奥行きの測定のために位
相角の差が使用されるため「耐え難いものであり、排除
されねばならない」と記載されている。更に、上記特許
は、「トリガを発した後に、ほぼ瞬間的な３Ｄ捕捉」を
行うことが必要であり、サーチモードと捕捉モードとの
間に走査ヘッドの向きが変化してはならないことが本質
的な条件であるとされている。
【０００５】Brandestini外による特許では、３Ｄの結
果物は、歯科医が結果物を確認することを可能とするよ
うサーチ画像上に重ね合わされる。しかしながら、必要
とされているものは、３Ｄの結果物が、写真測量法の投
影方程式を用いて画像へ投影されるシステムである。こ
れにより、結果物は画像捕捉の時点においてシーンの中
に実際に存在しているかのように見え、より正確且つ精
密な評価が可能となる。
果物は、歯科医が結果物を確認することを可能とするよ
うサーチ画像上に重ね合わされる。しかしながら、必要
とされているものは、３Ｄの結果物が、写真測量法の投
影方程式を用いて画像へ投影されるシステムである。こ
れにより、結果物は画像捕捉の時点においてシーンの中
に実際に存在しているかのように見え、より正確且つ精
密な評価が可能となる。
【０００６】しかしながら、従来の写真測量法に基づく
アプローチは（例えば米国特許第５，３７２，５０２号
参照）、多くの理由により、あまりうまく機能するもの
ではなかった。例えば、かかるアプローチは、カメラと
対象との間の正確な関係を決定することが困難であった
ためうまく機能しなかった。更に、歯は色がかなり均一
であり、わずかなテクスチャのみを有するため（これは
部分的には、上述のように関係を決定することが困難な
理由でもある）、対象を正確に測定することは困難であ
る。
アプローチは（例えば米国特許第５，３７２，５０２号
参照）、多くの理由により、あまりうまく機能するもの
ではなかった。例えば、かかるアプローチは、カメラと
対象との間の正確な関係を決定することが困難であった
ためうまく機能しなかった。更に、歯は色がかなり均一
であり、わずかなテクスチャのみを有するため（これは
部分的には、上述のように関係を決定することが困難な
理由でもある）、対象を正確に測定することは困難であ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の１以上
の問題を克服することを目的とする。概説するに、本発
明の１つの面によれば、口腔内対象の一連の画像から歯
のモデルを作成する方法（及びシステム）は、（ａ）共
通表面特徴と制御特徴を与えるために口腔内対象に対し
て配置された制御目標とを含む口腔内対象の一連の画像
を複数の捕捉位置から捕捉する段階と、（ｂ）対象の画
像に含まれる制御対象の画像から制御特徴を測定する段
階と、（ｃ）制御特徴の測定結果を写真測量法により整
列させることにより対象の３次元モデルを解析的に発生
し、それにより捕捉位置の可変の向きによる画像の誤り
を減少させると共に対象の写真測量法により整列された
３次元モデルを与える段階と、（ｄ）対象の写真測量法
により整列された３次元モデルを、モデルの共通特徴を
対象の画像上の類似した特徴に整列させることにより調
整し、それにより一連の画像から整列された歯のモデル
を生成する段階とを含む。実際は、最後の段階は、ずれ
を補正するために３次元モーフィングアルゴリズムの適
用を含む。
の問題を克服することを目的とする。概説するに、本発
明の１つの面によれば、口腔内対象の一連の画像から歯
のモデルを作成する方法（及びシステム）は、（ａ）共
通表面特徴と制御特徴を与えるために口腔内対象に対し
て配置された制御目標とを含む口腔内対象の一連の画像
を複数の捕捉位置から捕捉する段階と、（ｂ）対象の画
像に含まれる制御対象の画像から制御特徴を測定する段
階と、（ｃ）制御特徴の測定結果を写真測量法により整
列させることにより対象の３次元モデルを解析的に発生
し、それにより捕捉位置の可変の向きによる画像の誤り
を減少させると共に対象の写真測量法により整列された
３次元モデルを与える段階と、（ｄ）対象の写真測量法
により整列された３次元モデルを、モデルの共通特徴を
対象の画像上の類似した特徴に整列させることにより調
整し、それにより一連の画像から整列された歯のモデル
を生成する段階とを含む。実際は、最後の段階は、ずれ
を補正するために３次元モーフィングアルゴリズムの適
用を含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の上述の及び他の面、目
的、特徴、及び、利点については、以下の望ましい実施
例の詳細な説明及び請求項を読むことにより、また、添
付の図面を参照することにより更によく理解され認識さ
れるであろう。
的、特徴、及び、利点については、以下の望ましい実施
例の詳細な説明及び請求項を読むことにより、また、添
付の図面を参照することにより更によく理解され認識さ
れるであろう。
【０００９】歯の画像処理システム及び方法は周知であ
るため、本発明については特に、本発明の装置及び方法
の一部をなす要素、又はより直接的に組み込まれる要素
について説明する。特に図示又は説明しない要素は、従
来技術から周知のものでありうる。以下説明する実施例
の幾つかの面は、ソフトウエアとして与えられうる。図
示され以下の文章中に説明される本発明によるシステム
が与えられているとき、本発明を実施するのに有用な特
に図示、記載、又は示唆しないソフトウエアは従来と同
様であり従来技術の通常の範囲内である。これは、従来
の写真測量法と周知の写真測量法の現在の自動化の進歩
した技術状態が与えられているときに特にいえる。
るため、本発明については特に、本発明の装置及び方法
の一部をなす要素、又はより直接的に組み込まれる要素
について説明する。特に図示又は説明しない要素は、従
来技術から周知のものでありうる。以下説明する実施例
の幾つかの面は、ソフトウエアとして与えられうる。図
示され以下の文章中に説明される本発明によるシステム
が与えられているとき、本発明を実施するのに有用な特
に図示、記載、又は示唆しないソフトウエアは従来と同
様であり従来技術の通常の範囲内である。これは、従来
の写真測量法と周知の写真測量法の現在の自動化の進歩
した技術状態が与えられているときに特にいえる。
【００１０】まず図４を参照するに、本発明の望ましい
実施例は、口腔内カメラ２、本発明を実施するための命
令を含むコンピュータシステム３、及び加工工具４を含
む。図４に示す構成では、カメラ２、コンピュータシス
テム３、及び加工工具４の間の相互接続は矢印で示さ
れ、従って特定的に示されていない。これらの相互接続
は、種々の形式を取りうるものであり、例えば、ケーブ
ル又は任意の他の電磁接続（例えばｒｆ伝送）、又は機
械から機械へのデータの手動転送を含みうる。カメラ２
は、例えば歯４といった口腔内対象のかなり高い解像度
の画像を捕捉することが可能な任意の従来のタイプの歯
科用カメラでありえ、望ましい例は、ここに参照として
組み入れられる、J. P. Spoonhower, J. R. Squilla 及
びJ. T. Bolandにより２００１年２月２８日に出願され
た「Intra-Oral Camera with Integral Display」なる
名称の共通に譲渡された同時係属中の米国特許出願第０
９／７９６，２３９号に記載された口腔内カメラであ
る。
実施例は、口腔内カメラ２、本発明を実施するための命
令を含むコンピュータシステム３、及び加工工具４を含
む。図４に示す構成では、カメラ２、コンピュータシス
テム３、及び加工工具４の間の相互接続は矢印で示さ
れ、従って特定的に示されていない。これらの相互接続
は、種々の形式を取りうるものであり、例えば、ケーブ
ル又は任意の他の電磁接続（例えばｒｆ伝送）、又は機
械から機械へのデータの手動転送を含みうる。カメラ２
は、例えば歯４といった口腔内対象のかなり高い解像度
の画像を捕捉することが可能な任意の従来のタイプの歯
科用カメラでありえ、望ましい例は、ここに参照として
組み入れられる、J. P. Spoonhower, J. R. Squilla 及
びJ. T. Bolandにより２００１年２月２８日に出願され
た「Intra-Oral Camera with Integral Display」なる
名称の共通に譲渡された同時係属中の米国特許出願第０
９／７９６，２３９号に記載された口腔内カメラであ
る。
【００１１】カメラ２は、歯科医によって手で支持さ
れ、歯の幾つかの画像が捕捉される。しかしながら、歯
に対するカメラの向きは画像毎に異なると理解される。
本発明の１つの特徴は、続く測定において異なる向きの
効果を排除することである。カメラ２からのディジタル
化されたデータは、処理のためにコンピュータシステム
３へ転送される。本発明の方法は、コンピュータシステ
ム３によってそのプロセッサ５において実施され、撮像
の結果物はモニタ６上にインタラクティブに表示されう
る。操作者は、キーボード７及び／又はマウス８を用い
てカーソル９を操作し、以下説明する種類の測定を実行
しうる。コンピュータシステム３からの出力は、歯の型
又は復元用の技工物の製造のための工具パスプログラム
として加工工具４へ転送されるディジタル化された３次
元サーフェスパターンである。プログラムは、フライス
１０に対して、例えばセラミック又は任意の他の適当な
加工可能な材料からなる適当な基板から歯の型又は復元
用の技工物１１をフライス削りするよう命令する。
れ、歯の幾つかの画像が捕捉される。しかしながら、歯
に対するカメラの向きは画像毎に異なると理解される。
本発明の１つの特徴は、続く測定において異なる向きの
効果を排除することである。カメラ２からのディジタル
化されたデータは、処理のためにコンピュータシステム
３へ転送される。本発明の方法は、コンピュータシステ
ム３によってそのプロセッサ５において実施され、撮像
の結果物はモニタ６上にインタラクティブに表示されう
る。操作者は、キーボード７及び／又はマウス８を用い
てカーソル９を操作し、以下説明する種類の測定を実行
しうる。コンピュータシステム３からの出力は、歯の型
又は復元用の技工物の製造のための工具パスプログラム
として加工工具４へ転送されるディジタル化された３次
元サーフェスパターンである。プログラムは、フライス
１０に対して、例えばセラミック又は任意の他の適当な
加工可能な材料からなる適当な基板から歯の型又は復元
用の技工物１１をフライス削りするよう命令する。
【００１２】本発明による歯の撮像方法は、写真測量法
による投影、制御のための解析的な調整、及び、正確な
歯のモデルを現れさせる３次元モーフィング（morphin
g）を用いる測量法を使用する。本願では、測量法と
は、（１）ディジタル化された画像上の制御点を同定す
る段階、（２）これらの点が出現するとこれらの点を重
なり合う画像へ立体的に転送する段階、（３）制御点の
画像座標の実際の測定、を含む測定処理を指すものとす
る。
による投影、制御のための解析的な調整、及び、正確な
歯のモデルを現れさせる３次元モーフィング（morphin
g）を用いる測量法を使用する。本願では、測量法と
は、（１）ディジタル化された画像上の制御点を同定す
る段階、（２）これらの点が出現するとこれらの点を重
なり合う画像へ立体的に転送する段階、（３）制御点の
画像座標の実際の測定、を含む測定処理を指すものとす
る。
【００１３】写真測量法は、一般的には光によりグラフ
ィックに測定する技術であり、更に特定的には、写真又
は例えばセンサによる電子的な感知といった撮像の他の
形式により信頼性のある測定結果を得る技術である（一
般的に、Manual of Photogrammetry, Fourth Edition,
American Society of Photogrammetry, 1980を参照のこ
と）。写真測量法における投影とは、センサの撮像処理
を示す物理的なモデルの解析的な表現を用いる画像投影
を指すものとする。投影という用語は、特に、口腔内対
象から、センサのレンズを通って、この場合は点がどこ
に配置されるかを決定するために撮像処理の物理的なモ
デルを使用する像平面へ投影される光線の概念を指す。
ィックに測定する技術であり、更に特定的には、写真又
は例えばセンサによる電子的な感知といった撮像の他の
形式により信頼性のある測定結果を得る技術である（一
般的に、Manual of Photogrammetry, Fourth Edition,
American Society of Photogrammetry, 1980を参照のこ
と）。写真測量法における投影とは、センサの撮像処理
を示す物理的なモデルの解析的な表現を用いる画像投影
を指すものとする。投影という用語は、特に、口腔内対
象から、センサのレンズを通って、この場合は点がどこ
に配置されるかを決定するために撮像処理の物理的なモ
デルを使用する像平面へ投影される光線の概念を指す。
【００１４】制御のための解析的な調整とは、物理的な
モデルを示すパラメータの集合を、既知の又は制御され
たパラメータの部分集合へ補正する処理を指す。一般的
には、最小平方調整処理は、一組の線形化された条件の
方程式から通常の一組の方程式に対して適用され、一組
の線形化された条件の方程式は全体パラメータ集合に対
する画像座標の偏導関数である。最小平方処理の詳細は
当業者によれば周知であり、例えば、本願に参照として
組み入れられるManual of Photogrammetry, Fourth Edi
tion, op. cit., pp. 77-88に記載されている。
モデルを示すパラメータの集合を、既知の又は制御され
たパラメータの部分集合へ補正する処理を指す。一般的
には、最小平方調整処理は、一組の線形化された条件の
方程式から通常の一組の方程式に対して適用され、一組
の線形化された条件の方程式は全体パラメータ集合に対
する画像座標の偏導関数である。最小平方処理の詳細は
当業者によれば周知であり、例えば、本願に参照として
組み入れられるManual of Photogrammetry, Fourth Edi
tion, op. cit., pp. 77-88に記載されている。
【００１５】３次元モーフィングは、３次元の対象モデ
ルを対象の画像に対して調整する処理である。これは、
対象の仮説的な３次元モデルを（上述の解析的な物理的
なモデルを通じて）既存の画像へ投影し、真の画像と投
影された対象モデルから導出された画像との間のずれを
検出し、はまり具合を改善するために対象モデル（次に
再び投影される）に対して補正を行うことによって達成
される。３次元モーフィングのための技術は従来技術で
周知であり、本願では詳述しない。更なる情報について
は、Frederic Pighin et al. "Systhesizing Realistic
Facial Expressions from Photographs", in Computer
Graphics Proceedings, Annual Conference Series, 1
998, pp. 75-83、及び、Takaaki Akimoto et al., "Aut
omatic Creation of 3D Facial Models", in IEEE Comp
uter Graphics & Applications,September 1993, pp. 1
6-22を参照のこと。これらの文献では、特に顔のモデル
について説明されているが、歯のモデルに対する技術の
適用も同様である。
ルを対象の画像に対して調整する処理である。これは、
対象の仮説的な３次元モデルを（上述の解析的な物理的
なモデルを通じて）既存の画像へ投影し、真の画像と投
影された対象モデルから導出された画像との間のずれを
検出し、はまり具合を改善するために対象モデル（次に
再び投影される）に対して補正を行うことによって達成
される。３次元モーフィングのための技術は従来技術で
周知であり、本願では詳述しない。更なる情報について
は、Frederic Pighin et al. "Systhesizing Realistic
Facial Expressions from Photographs", in Computer
Graphics Proceedings, Annual Conference Series, 1
998, pp. 75-83、及び、Takaaki Akimoto et al., "Aut
omatic Creation of 3D Facial Models", in IEEE Comp
uter Graphics & Applications,September 1993, pp. 1
6-22を参照のこと。これらの文献では、特に顔のモデル
について説明されているが、歯のモデルに対する技術の
適用も同様である。
【００１６】図１及び図２を参照するに、本発明による
方法が示され、口腔内の対象（１つ以上の歯１４）の多
数の画像１２は、カメラ２によって幾つかの異なる側面
及び／又は位置から最初に捕捉される。各画像に対し
て、１つ以上の歯１４（例えば歯１４ａ）は、図２に示
されるように制御目標１６を含む。（実際は、歯は一般
的には元通りの準備されていない歯であるか、復元処置
のために準備された歯（即ち歯の根のいずれかであ
る。）目標１６は、サドル形状の硬い材料であり、その
長さＣを歯の側面に沿うよう歯１４ａに被さる。（図２
にはそれ自体として示さないが、制御目標１６は、両方
の歯１４ａ及び１４ｂといった幾つかの歯に亘るもので
ありうる。長さＡ，Ｂ，Ｃ及びＤは既知であり、等しく
ない長さであってもよい。頂点１８が成す角度もまた公
知であり、以下説明するように、頂点１８や上述のよう
に制御のための解析的な調整に使用される上述の公知の
又は制御されたパラメータである。幾つかの目標は、異
なる寸法の歯に合うよう寸法が可変であるよう構成され
うる。概して、口腔内対象の３次元視の基礎として幾つ
かの異なる側面／位置から幾つかの画像が得られ、歯
（又は、口腔内対象が準備された歯である場合は歯の
根）の自然なトポグラフ的な表面を示す尖端及び谷とい
った歯の幾つかの制御パラメータ及び共通の特徴の両方
を含む。
方法が示され、口腔内の対象（１つ以上の歯１４）の多
数の画像１２は、カメラ２によって幾つかの異なる側面
及び／又は位置から最初に捕捉される。各画像に対し
て、１つ以上の歯１４（例えば歯１４ａ）は、図２に示
されるように制御目標１６を含む。（実際は、歯は一般
的には元通りの準備されていない歯であるか、復元処置
のために準備された歯（即ち歯の根のいずれかであ
る。）目標１６は、サドル形状の硬い材料であり、その
長さＣを歯の側面に沿うよう歯１４ａに被さる。（図２
にはそれ自体として示さないが、制御目標１６は、両方
の歯１４ａ及び１４ｂといった幾つかの歯に亘るもので
ありうる。長さＡ，Ｂ，Ｃ及びＤは既知であり、等しく
ない長さであってもよい。頂点１８が成す角度もまた公
知であり、以下説明するように、頂点１８や上述のよう
に制御のための解析的な調整に使用される上述の公知の
又は制御されたパラメータである。幾つかの目標は、異
なる寸法の歯に合うよう寸法が可変であるよう構成され
うる。概して、口腔内対象の３次元視の基礎として幾つ
かの異なる側面／位置から幾つかの画像が得られ、歯
（又は、口腔内対象が準備された歯である場合は歯の
根）の自然なトポグラフ的な表面を示す尖端及び谷とい
った歯の幾つかの制御パラメータ及び共通の特徴の両方
を含む。
【００１７】測量処理は、特徴測定段階２０において共
通の特徴又はパラメータ（尖端及び谷）を測定するこ
と、及び、制御測定段階２２において目標１６の制御パ
ラメータ又はパラメータ（頂点１８）を測定することを
含む。これらの測定を行うには幾つかの方法がある。図
４を参照するに、これらの測定は、多数の画像１２がモ
ニタ６上に表示されると、操作者がカーソル９を各画像
１２上の夫々の特徴の上に配置し、それにより各測定結
果の座標がプロセッサ５によって捕捉されることによっ
てインタラクティブに行われうる。或いは、プロセッサ
５は、各特徴の位置を自動的に見つけるために適当な従
来の画像処理アルゴリズムを使用しうる。これは必要に
応じて画像強調アルゴリズム及び他の特徴改善アルゴリ
ズムを含みうる。測定結果は、写真測量法調整段階２４
において、様々なカメラの向きからの多数の重なり合う
画像中で結像される任意の対象点の対象空間座標を計算
するために処理される。この処理は、Manual of Photog
rammetry, Fourth Edition,op. cit,に記載の上述の最
小平方処理を使用する。基本的には、これはカメラに対
する各画像点の位置を見つけるために使用される多光線
立体交差（multiray stereo intersection）処理であ
る。結果として、画像を捕捉したセンサの撮像処理を表
わす物理的なモデルの解析的な表現と共に処理された歯
の３次元モデル２６が得られる。
通の特徴又はパラメータ（尖端及び谷）を測定するこ
と、及び、制御測定段階２２において目標１６の制御パ
ラメータ又はパラメータ（頂点１８）を測定することを
含む。これらの測定を行うには幾つかの方法がある。図
４を参照するに、これらの測定は、多数の画像１２がモ
ニタ６上に表示されると、操作者がカーソル９を各画像
１２上の夫々の特徴の上に配置し、それにより各測定結
果の座標がプロセッサ５によって捕捉されることによっ
てインタラクティブに行われうる。或いは、プロセッサ
５は、各特徴の位置を自動的に見つけるために適当な従
来の画像処理アルゴリズムを使用しうる。これは必要に
応じて画像強調アルゴリズム及び他の特徴改善アルゴリ
ズムを含みうる。測定結果は、写真測量法調整段階２４
において、様々なカメラの向きからの多数の重なり合う
画像中で結像される任意の対象点の対象空間座標を計算
するために処理される。この処理は、Manual of Photog
rammetry, Fourth Edition,op. cit,に記載の上述の最
小平方処理を使用する。基本的には、これはカメラに対
する各画像点の位置を見つけるために使用される多光線
立体交差（multiray stereo intersection）処理であ
る。結果として、画像を捕捉したセンサの撮像処理を表
わす物理的なモデルの解析的な表現と共に処理された歯
の３次元モデル２６が得られる。
【００１８】しかしながら、撮像装置は、通常は、目標
の完全な幾何学的な表現を与えずに、画像位置に関する
知識の確実性のなさによる誤りを生じさせる手持ち式の
カメラである。本発明の特徴の１つは、歯の実際のモデ
ルの誤りについて補正しようとする前に、これらの誤り
を排除する問題、即ちカメラの向きに関する変動性に取
り組むことである。このようにして、従来技術において
必要であった要件（及び問題）、即ち走査ヘッド又は撮
像装置が完全に静止して保持されねばならないことは回
避されうる。従って、推定値を補正するために制御点
（頂点１８）を用いる解析的な調整は、解析的投影段階
２８において３Ｄモデル２６を既存の画像（多数の画像
１２のうちの１つ）へ投影し、ずれ段階においてモデル
と画像との間の制御点（頂点１８）のずれを決定し、ず
れが許容可能でなければ（決定３４）、改善段階３２に
おいて写真測量法による調整を改善することによって行
われる。投影は、解析的な処理であり、即ち数学的に達
成されることを意味し、ずれの決定は適当な画像処理ア
ルゴリズムによって（カーソル９を用いて）インタラク
ティブに又は自動的に達成されうる。この投影処理は、
撮像処理を表わす物理的なモデルを使用するものであ
り、従って３Ｄモデルを画像上に単純に重ね合わせるも
のとは異なる理解することが理解に役立つであろう。こ
の補正が行われると、様々なカメラ位置によって生じた
モデルの変動性は許容可能な水準まで減少されるか、除
去される。
の完全な幾何学的な表現を与えずに、画像位置に関する
知識の確実性のなさによる誤りを生じさせる手持ち式の
カメラである。本発明の特徴の１つは、歯の実際のモデ
ルの誤りについて補正しようとする前に、これらの誤り
を排除する問題、即ちカメラの向きに関する変動性に取
り組むことである。このようにして、従来技術において
必要であった要件（及び問題）、即ち走査ヘッド又は撮
像装置が完全に静止して保持されねばならないことは回
避されうる。従って、推定値を補正するために制御点
（頂点１８）を用いる解析的な調整は、解析的投影段階
２８において３Ｄモデル２６を既存の画像（多数の画像
１２のうちの１つ）へ投影し、ずれ段階においてモデル
と画像との間の制御点（頂点１８）のずれを決定し、ず
れが許容可能でなければ（決定３４）、改善段階３２に
おいて写真測量法による調整を改善することによって行
われる。投影は、解析的な処理であり、即ち数学的に達
成されることを意味し、ずれの決定は適当な画像処理ア
ルゴリズムによって（カーソル９を用いて）インタラク
ティブに又は自動的に達成されうる。この投影処理は、
撮像処理を表わす物理的なモデルを使用するものであ
り、従って３Ｄモデルを画像上に単純に重ね合わせるも
のとは異なる理解することが理解に役立つであろう。こ
の補正が行われると、様々なカメラ位置によって生じた
モデルの変動性は許容可能な水準まで減少されるか、除
去される。
【００１９】制御整列が許容可能となると、モデル中の
尖端と谷との間の斜面及び曲線は、歯の画像中の対応す
る特徴と一致するか、一致させられるはずである。従っ
て、ずれ決定段階３６において、実際の画像に対するモ
デルの残るずれを決定すること、即ち、実際の画像中の
同じ特徴に対するモデル中の（存在するのであれば）共
通特徴のずれを決定することが必要である。ずれが存在
する場合（決定３８）、調整段階４２において３次元対
象モデルをモデルの画像に調整するために、３次元モー
フィング段階４０が開始される。（これにより、カメラ
の向きについての従来のずれ調整を行うことなくモデル
中の点の３次元の位置を変化させる）。これは、投影段
階４４において、対象の仮説的な３次元モデルを（上述
の解析的な物理的なモデルを通じて）口腔内対象の既存
の画像のうちの１つへ投影することによって達成され
る。次に、ずれ段階３５において、真の画像と投影され
た対象モデルから導出された画像との間のずれが検出さ
れる。ずれが許容可能であれば（決定４８）、処理は終
了する。そうでなければ、はまり具合を改善させるため
に、段階４０及び４２において対象モデルに対して補正
が行われる（次に再び投影される）。
尖端と谷との間の斜面及び曲線は、歯の画像中の対応す
る特徴と一致するか、一致させられるはずである。従っ
て、ずれ決定段階３６において、実際の画像に対するモ
デルの残るずれを決定すること、即ち、実際の画像中の
同じ特徴に対するモデル中の（存在するのであれば）共
通特徴のずれを決定することが必要である。ずれが存在
する場合（決定３８）、調整段階４２において３次元対
象モデルをモデルの画像に調整するために、３次元モー
フィング段階４０が開始される。（これにより、カメラ
の向きについての従来のずれ調整を行うことなくモデル
中の点の３次元の位置を変化させる）。これは、投影段
階４４において、対象の仮説的な３次元モデルを（上述
の解析的な物理的なモデルを通じて）口腔内対象の既存
の画像のうちの１つへ投影することによって達成され
る。次に、ずれ段階３５において、真の画像と投影され
た対象モデルから導出された画像との間のずれが検出さ
れる。ずれが許容可能であれば（決定４８）、処理は終
了する。そうでなければ、はまり具合を改善させるため
に、段階４０及び４２において対象モデルに対して補正
が行われる（次に再び投影される）。
【００２０】この時点で、歯の許容可能なモデルが発生
され、加工工具４を用いることによって研究所又は歯科
医院のいずれかにおいて所望の復元用の技工物を製造す
るためといった続く処理に使用されうる。本発明によれ
ば、歯に加えて、ブリッジ、被せるもの、及び他の歯科
用の復元用の技工物を含むがこれに限られない他の歯科
用の人工装具のモデルが作成されうることが理解されよ
う。更に、フライス又は切削に加えて、射出成形といっ
た、しかしこれに限られない他の製造法が使用されう
る。
され、加工工具４を用いることによって研究所又は歯科
医院のいずれかにおいて所望の復元用の技工物を製造す
るためといった続く処理に使用されうる。本発明によれ
ば、歯に加えて、ブリッジ、被せるもの、及び他の歯科
用の復元用の技工物を含むがこれに限られない他の歯科
用の人工装具のモデルが作成されうることが理解されよ
う。更に、フライス又は切削に加えて、射出成形といっ
た、しかしこれに限られない他の製造法が使用されう
る。
【００２１】図３は、口腔内対象の画像に対して３次元
対象モデルを調整する他の方法、即ち、図１の要素４０
−４８によって論理的に表わされる他の方法を示す図で
ある。更に特定的には、図３に示す他の方法では、かか
るアイテムのデータベース５０からの包括的な３Ｄモデ
ルは、要素４０−４８において与えられる３Ｄモデルに
加えて、又はその代わりに使用されうる。このアプロー
チは、特に、尖端及び谷は、目標頂点によってあまりよ
く画成されないことがあるため、変わりに包括的な歯の
モデルを使用することを可能とすることにより、尖端及
び谷の正確な測定の困難さに関する問題について扱う。
これは、本質的には、図１において、３Ｄモデル２６が
排除されるか、より正確には、（歯と目標の３Ｄモデル
ではなく）目標の３Ｄモデルを作成するのみ、また、そ
こから進むもののみにまで減少されうることを意味す
る。
対象モデルを調整する他の方法、即ち、図１の要素４０
−４８によって論理的に表わされる他の方法を示す図で
ある。更に特定的には、図３に示す他の方法では、かか
るアイテムのデータベース５０からの包括的な３Ｄモデ
ルは、要素４０−４８において与えられる３Ｄモデルに
加えて、又はその代わりに使用されうる。このアプロー
チは、特に、尖端及び谷は、目標頂点によってあまりよ
く画成されないことがあるため、変わりに包括的な歯の
モデルを使用することを可能とすることにより、尖端及
び谷の正確な測定の困難さに関する問題について扱う。
これは、本質的には、図１において、３Ｄモデル２６が
排除されるか、より正確には、（歯と目標の３Ｄモデル
ではなく）目標の３Ｄモデルを作成するのみ、また、そ
こから進むもののみにまで減少されうることを意味す
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明の主な利点は、制御のために写真
測量法の投影方法及び調整を用いることにより、例えば
Brandestini外の特許において用いられる目標上に光の
条を投影し、許容できないアーティファクトを生じさせ
うる位置合わせスキームが不要となる点である。更に、
本発明では、位相情報は使用されないため、画像の捕捉
を「ほぼ瞬間的な」状態に限る必要がない。
測量法の投影方法及び調整を用いることにより、例えば
Brandestini外の特許において用いられる目標上に光の
条を投影し、許容できないアーティファクトを生じさせ
うる位置合わせスキームが不要となる点である。更に、
本発明では、位相情報は使用されないため、画像の捕捉
を「ほぼ瞬間的な」状態に限る必要がない。
【００２３】目標を使用することにより何らかの測定対
象が与えられ、カメラと目標との間の関係の決定が可能
となるため、カメラと口腔内対象との間の正確な関係を
測定することが可能となる。３Ｄモーフィングを使用す
ることにより、画像上で利用可能なデータを投影し、３
次元対象空間でそれがどれだけ良くはまるかを見させる
ことにより、対象を正確に測定することについて取り扱
う。正しければ、歯のモデルに、「ぴったりと」「はま
る」はずである。
象が与えられ、カメラと目標との間の関係の決定が可能
となるため、カメラと口腔内対象との間の正確な関係を
測定することが可能となる。３Ｄモーフィングを使用す
ることにより、画像上で利用可能なデータを投影し、３
次元対象空間でそれがどれだけ良くはまるかを見させる
ことにより、対象を正確に測定することについて取り扱
う。正しければ、歯のモデルに、「ぴったりと」「はま
る」はずである。
【図１】本発明による画像から歯のモデルを作成する方
法を示すブロック図である。
法を示すブロック図である。
【図２】図１に示す方法において有用な目標を示す斜視
図である。
図である。
【図３】包括的な歯のモデルのデータベースを用いたモ
ーフィング技術を示すブロック図である。
ーフィング技術を示すブロック図である。
【図４】図１に示す方法を用いた歯のシステムを示す図
である。
である。
２ カメラ
３ コンピュータシステム
４ 加工工具
５ プロセッサ
６ モニタ
７ キーボード
８ マウス
９ カーソル
１０ フライス
１１ 修復用の技工物
１２ 多数の画像
１４ 歯
１４ａ 歯
１４ｂ 歯
１６ 制御目標
１８ 頂点
２０ 特徴測定段階
２２ 制御測定段階
２４ 写真測量法段階
２６ ３Ｄモデル
２８ 投影段階
３０ ずれ段階
３２ 改善段階
３４ 決定
３６ ずれ段階
３８ 決定
４０ ３Ｄモーフィング段階
４２ 調整段階
４４ 投影段階
４６ ずれ段階
４８ 決定
５０ ３Ｄモデルのデータベース
フロントページの続き
(72)発明者 ジョン ピー スプーンハワー
アメリカ合衆国 ニューヨ−ク 14580
ウェブスター ハードウッド・レーン
1245
(72)発明者 ジョン アール スクウィラ
アメリカ合衆国 ニューヨーク 14625
ロチェスター ラザーフィールド・レーン
14
Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA51 AA53 CC16 FF04
JJ08 JJ26 QQ18 QQ24 QQ31
QQ38 SS01
5B046 AA00 EA09 FA18
5B057 AA07 BA02 DA20 DB03 DB05
DB09 DC09 DC19 DC36
Claims (4)
- 【請求項１】 口腔内対象の一連の画像から歯のモデル
を作成する方法であって、 （ａ）共通表面特徴と制御特徴を与えるために口腔内対
象に対して配置された制御目標とを含む口腔内対象の一
連の画像を複数の捕捉位置から捕捉する段階と、 （ｂ）上記対象の画像に含まれる制御対象の画像から制
御特徴を測定する段階と、 （ｃ）上記制御特徴の測定結果を写真測量法により整列
させることにより上記対象の３次元モデルを解析的に発
生し、それにより捕捉位置の可変の向きによる画像の誤
りを減少させると共に上記対象の写真測量法により整列
された３次元モデルを与える段階と、 （ｄ）上記対象の写真測量法により整列された３次元モ
デルを、上記モデルの共通特徴を上記対象の画像上の類
似した特徴に整列させることにより調整し、それにより
上記一連の画像から整列された歯のモデルを生成する段
階とを含む方法。 - 【請求項２】 上記段階（ｂ）は、上記対象の一連の画
像から上記共通特徴を測定する段階を更に含む、請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 上記段階（ｃ）は、写真測量法による調
整を行う段階と、 上記画像の３次元モデルを写真測量法により投影し、上
記制御特徴のずれを決定し、上記ずれを補正することに
よって上記写真測量法による調整を改善し、それにより
写真測量法により整列された対象の３次元モデルを生成
する段階とを含む、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 上記段階（ｄ）は、上記写真測量法によ
り整列された３次元モデルの上記対象の画像に対するず
れを、上記モデルを上記対象の画像上に写真測量法によ
って投影することによって決定する段階と、上記ずれを
補正するために３次元モーフィングアルゴリズムを適用
する段階とを含む、請求項１記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US894627 | 2001-06-28 | ||
| US09/894,627 US7065243B2 (en) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | Method and system for creating dental models from imagery |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003148934A true JP2003148934A (ja) | 2003-05-21 |
Family
ID=25403331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002187375A Withdrawn JP2003148934A (ja) | 2001-06-28 | 2002-06-27 | 画像から歯のモデルを作成する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7065243B2 (ja) |
| EP (1) | EP1276072B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003148934A (ja) |
| DE (1) | DE60218386T2 (ja) |
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| JP2010537828A (ja) * | 2007-06-04 | 2010-12-09 | ザ・ボーイング・カンパニー | 大きい部品を製造する方法及びシステム |
| KR20170047246A (ko) * | 2014-08-27 | 2017-05-04 | 케어스트림 헬스 인코포레이티드 | 3d 표면들의 자동 리스티칭 |
| WO2017111116A1 (ja) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | 株式会社モリタ製作所 | 三次元計測方法及び三次元計測装置 |
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| WO2002039056A1 (de) | 2000-11-08 | 2002-05-16 | Willytec Gmbh | (dentale) oberflächenerfassung und erzeugung |
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