JP2017532989A - 光学マルチライン法を用いた３−ｄ口腔内測定 - Google Patents

Abstract

表面に従ってセンサ画素配列を照射画素配列にマッピングするための方法は、第１及び第２の多数のグループインデックス画像で第１及び第２の線のパターンで投影し記録することによって、センサ配列の各画素を照射画素配列の隣接する画素ｐによって定義されるグループ幅を有するグループに割り当てることによって、グループマッピングを形成する。第１及び第２のパターンの両方に現れる線は、グループ幅ｐの第１の倍数である第１の距離によって間隔を空けられ、何れかのパターンのみに現れる線は第１の距離を超える第２の距離によって等間隔を空けられる。マルチライン画像ｐの部分集合が投影され、それぞれが各グループ内で線を投影する。マルチライン画像のうち１つにおける線は、グループインデックス画像から線を相関され、グループマッピングを生成する。【選択図】図３

Description

本発明は、一般に、表面形状の撮像の分野に関し、より詳細には、パターン化された照射を使用する口腔内表面の撮像及び測定に関する。

医療、産業及びその他の用途において、種々の種類の物体から表面輪郭情報を取得するためにいくつかの技術が開発されてきた。光学式３次元（３−Ｄ）測定方法は、表面上に向けられた光のパターンから取得される画像を用いて、形状及び深度情報を提供する。種々の種類の撮像方法は、一連の光のパターンを生成し、焦点又は三角測量を用いて、照射された領域上の表面形状の変化を検出する。

縞投影撮像は、パターン化又は構造化された光及び三角測量を用い、種々の種類の構造について表面輪郭情報を取得する。縞投影撮像では、干渉縞又は回折格子の線のパターンが、物体の表面に向かって所与の角度から投影される。次に、表面から投影されたパターンは、等高線の外観に基づいた表面情報を分析するために、三角測量を利用して別の角度から輪郭画像として見られる。位相シフトは、投影されたパターンが新しい位置でさらに測定をするために空間内で徐々に推移されるものであり、通常、縞投影撮像の一部として利用され、表面の輪郭マッピングを完成して輪郭画像の解像度を全体的に上げるために使用される。

縞投影撮像は、硬く、極めて不透明な物体表面の輪郭撮像に効率的に用いられ、人体のいくつかの部分の表面輪郭を画像化し、皮膚構造についての詳細なデータを取得するために用いられてきた。しかしながら、いくつかの技術的障害により、歯の縞投影撮像を効率的に使用することが妨げられてきた。歯の表面撮像における１つの具体的な課題は、歯の透光性に関することである。一般に、透光性又は半透光性の材料は、縞投影撮像にはとりわけ厄介なものとして知られている。透光性のある構造における表面下散乱は、全体の信号対ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を下げることがあり、光強度を推移させ、不正確な高さデータをもたらすことがある。別の問題は、種々の歯の表面に対する高レベルの反射に関する。極度に反射性の材料、特に空洞のある反射性構造は、この種類の撮像のダイナミックレンジを効率的に低減させることがある。

光学的な観点から、歯自体の構造が縞投影撮像についてのいくつかのさらなる課題を示している。歯はその時々において、異なる表面及び表面の部分に沿って、濡れていることも乾いていることもある。歯の形状は多くの場合不規則であり、鋭いエッジがある。上述したように、歯は光と複雑に相互作用する。歯の表面下を貫通する光は、透光性のある歯の材料内で著しく散乱される傾向がある。さらに、歯の表面下の不透明な特徴による反射も発生することがあり、感知信号を劣化させるノイズが加わり、その結果さらに歯の表面分析のタスクを複雑にし得る。

歯の輪郭撮像のために縞投影を有効にするために試みられてきた１つの是正措置は、歯の表面自体の反射特性を変化させるコーティングの塗布である。歯の相対的な半透明性によって生じる問題を補正するために、いくつかの従来の歯輪郭撮像システムは、表面の輪郭撮像の前に、歯の表面に塗料又は反射性粉末を塗布する。縞投影撮像を目的として、この追加されたステップは、歯の不透明度を高め、上述した散乱光の影響をなくすか、又は低減する。しかしながら、この種の手法には短所がある。コーティングの粉末又は液体を塗布するステップは、歯の輪郭撮像の過程に費用及び時間がかかる。コーティング層の厚さが歯の表面全体にわたり多くの場合不均一であるため、測定誤差が容易に生じる結果となる。より重要なことに、塗布されたコーティングは、輪郭撮像を促進する一方で、歯の他の問題を隠してしまうことがあり、よって取得されることができる有用な情報の全体量を減少させることがある。

しかしながら、歯のコーティング又はその他の種類の表面調整が用いられる場合であっても、歯の表面の顕著な輪郭によって、結果が失望的であることがある。歯の表面のすべての上に十分な量の光を提供し、歯の表面のすべてから反射した光を感知することが困難な場合がある。歯の異なる表面は、互いに対し９０度の角度を向くことがあり、歯のすべての部分を正確に撮像するために十分な光を向けることが困難である。

いくつかの問題により、正確な表面輪郭の測定をするためのセンサ回路に照射配列をマッピングすることが複雑になる。多数の画像を歯の同一位置においてキャプチャしなければならないため、カメラ又は患者のいかなる種類の動きも測定のタスクを複雑にし、又は再撮像やさらに測定時間を取る必要があり得る。したがって、正確なマッピングを得るために必要な画像の数を減らすことが有益である。しかしながら、同時に、多数の画像を得て、それぞれのデータを相関することで測定が改善する。これらの相反するものを考慮して、少数の画像からかなりの量のデータを取得する、より効率的な画素マッピング技術が有益であることが分かる。

本願の態様は、関連技術において少なくとも前述及び他の欠点を全体又は部分的に応えることである。

本願の別の態様は、少なくとも本明細書に記載された利点を全体又は部分的に提供することである。

本願の別の態様は、歯科用撮像の技術を発展させることである。

本発明の目的は、歯及び関連する口腔内構造の表面輪郭検出技術を発展させることである。本発明の実施形態は、光パターンを配置することで歯の表面を照射することにより、歯に関する３−Ｄ表面情報を提供する。光パターンは、照射デバイスから画素位置を用いて、デジタル撮像配列上の画素位置をより厳密にマッピングすることを支援する。有利には、本発明は、既知の照射及び撮像部品の配置とともに用いられることができ、従来の輪郭検出方法と比較した場合、感知パターンの曖昧さを低減するのを支援するために適合される。

これらの目的は、例示的な実施例としてのみ与えられたもので、かかる目的は、本発明の１つ以上の実施形態の例であり得る。開示された発明によって固有に達成されたその他の所望の目的及び利点は、当業者に想到され得るか明白であってもよい。本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

本発明の一態様によると、表面に従ってセンサ画素配列を照射画素配列にマッピングするための方法が提供され、本方法はコンピュータ上で少なくとも部分的に実行され、グループの順序集合のうち、対応するグループにセンサ配列上の複数の画素内の各画素を割り当てることによるグループマッピングの形成を含むことが可能であり、各グループは、照射画素配列上で隣接する画素ｐの集合によって定義されるグループ幅を有し、順序集合は、第１の線のパターンを有する第１の多数のグループインデックス画像及び第２の線のパターンを有する第２の多数のグループインデックス画像を投影し記録することによってグループｋを有し、第１及び第２のパターンの両方に現れる線があり、第１及び第２のパターンの両方に現れる線は、グループ幅ｐの第１の倍数である第１の距離によって互いから均等に間隔が空けられ、第１の倍数は１よりも大きな整数であり、第１又は第２のパターンのいずれかのみに現れる線は、グループサイズの第２の倍数であり、かつ第１の距離を超える第２の距離によって互いに均等に間隔を空けられ、表面上にマルチライン画像ｐの集合の部分集合を投影して記録し、各マルチライン画像は各グループ内に線を投影し、マルチライン画像ｐの各部分集合における投影された線は、画素ｐのグループ幅によって均等に間隔を空けられ、第１及び第２の多数のグループインデックス画像からの線により記録されたマルチライン画像のうち１つの線を相関し、すべてのグループｋに対しグループマッピングを生成し、コンピュータでアクセス可能なメモリに相関を記憶する。

上述したこと及び本発明の他の目的、特徴、及び利点は、付属の図面において図示されるように、以下の本発明の実施形態のより具体的な説明から明白となろう。図面の要素は、互いに対して必ずしも縮尺通りではない。

表面に従って、センサ画素配列を照射配列にマッピングすることを示す概略図である。 光の単一の線での歯の表面の照射を示す。 光の多数の線での歯の表面の照射を示す。 本発明の実施形態による、表面輪郭画像データを取得するための順序を示す論理フロー図である。 撮像装置を示す概略図である。 撮像センサ配列上の画素列の一部分を示す概略図である。 本開示の実施形態によるグループマッピングのための２つのグループインデックス画像を示す。 マルチライン画像を形成するための照射配列の一部を示す。 マルチライン画像を形成するための照射配列の別の部分を示す。 例示的なマルチライン画像の平面図である。 歯の上に投影されたマルチライン画像の平面図である。 歯の上に投影されたマルチライン画像の別の平面図である。 グループインデックス画像に投影された照射パターンの一部を示す。 図１１Ａの照射パターンを使用して取得された歯の画像を示す。 マルチライン画像に投影された照射パターンを示す。 図１２Ａの照射パターンを使用して取得された歯の画像を示す。

以下は、例示的な実施形態の詳細な説明であり、図面について参照がなされ、同一の参照番号はいくつかの図のそれぞれにおける構造の同一の要素を特定する。

「第１の」「第２の」などの用語が用いられる場合、いかなる順次的、連続的又は優先関係を必ずしも意味せず、単に１つの要素又は一連の要素を別のものとより明確に区別するために使用される。

本開示の文脈では、「ビューア」、「オペレータ」、「ユーザ」という用語は同等であると考えられ、表示モニタの歯の画像のような画像を閲覧して操作する、閲覧する施術者、技術者又はその他の人を意味する。

「集合」という用語は、本明細書で使用される場合は、要素の集合の概念として空ではない集合を意味するか、又は集合の数は初等数学で広く理解されている。「部分集合」という用語は、特に明示しない限り、本明細書においては空ではない部分集合を意味し、すなわち、１つ以上の数を有するより大きな集合の部分集合を意味するために使用される。集合Ｓには、部分集合はすべての数を含む完全な集合Ｓを備え得る。集合Ｓの「真部分集合」は集合Ｓに完全に含まれ、集合Ｓの少なくとも１つの数を除く。しかしながら、真部分集合として特に指定されない限り、本開示の文脈内の部分集合は、空ではなく、集合の少なくとも１つ、それ以上又はすべての数を含む、より広範な定義を有する。

図１の概略図は、単一の線の光Ｌの例とともに、表面輪郭情報を取得するためにパターン化された光がどのように用いられるかを示す。表面２０上に光のパターンを投影又は向けられると、マッピングが照射配列１０として取得され、対応する反射線Ｌ’の画像が撮像センサ配列３０上に形成される。撮像センサ配列３０上のそれぞれの画素３２は、表面２０による変調に従って、照射配列１０上の対応する画素１２をマッピングする。画素位置の推移は、図１に表されるように、表面２０の輪郭に関する有用な情報を生じる。図１に示される基本パターンは、画像を投影するための様々な照射光源及び順序を用い、及び画像データを取得しもしくは得るための１つ以上の異なる種類のセンサ配列３０を用いて、いくつかの手法で実装されることができるということが理解されよう。照射配列１０は、デジタルライトプロセッサ又はテキサス州ダラスのテキサス・インスツルメント社によるＤＬＰデバイスを使用して提供されるもののような、液晶配列やデジタルマイクロミラー配列のように、光変調に用いられるいくつかの種類の配列のいずれかを利用することができる。この種類の空間光変調器は、照射パスの中で用いられてマッピング順序のために必要に応じて投影された光パターンを変更する。

図２Ａ及び図２Ｂは、パターン化された光を用いて人間の歯から表面構造情報を取得する従来の手法による１つの問題の態様を示す。図２Ａは、歯の上への単一の光の線１４による照射を示し、歯のエッジの照射にはっきりとした推移がある。このような手法による単一の線の投影は、歯の全体にわたって走査され、また、走査中に多数の点で画像化されて、表面領域の部分についての正確な情報を提供することができる。しかしながら、この方法でさえも、線セグメントが互いに分離した場合など、いくつかの情報は失われる。図２Ｂは、多数の光の線によるパターンを用いた表面の撮像を示す。表面に沿って突然の遷移が存在する場合、それぞれの投影された線に対応するセグメントを確実に識別することが難しいことがあり、不一致が簡単に発生し、表面特性についての不正確な結果になる場合がある。例えば、線セグメント１６が線セグメント１８と同一の照射の線からのものか、又は隣接する線セグメント２４と同一の照射の線からのものか判断することが難しいことがある。

本発明の実施形態は、撮像センサ配列上の画素を照射配列から投影された線により良好に相関することを支援する、照射された画像の順序を用いた表面輪郭マッピングの問題に対処する。そのために、本発明の実施形態は、バイナリ画像の配置を用いて撮像センサ配列上の画素を照射画素配列上の対応する画素とグループ化する。グループマッピングは、センサ配列上の画素を順序付けされたグループの集合に割り当てることにより形成され、それぞれのグループは固定数の画素（例えば、同じ数の画素）を有する。グループマッピングは、特定のデータ構造として記憶されることができ、そうでない場合には、データ表示の手法において当業者によく知られたマッピングの技術を使用して特定のグループ構造に各画素を関連付けるデータに表され得る。本開示の文脈では、画素とグループの関係はいくつかの手法のいずれかに表され、記憶されるため、「グループマップ」及び「グループマッピング」という用語は、同義であると考えられている。

図３のフロー図を参照して、本開示の実施形態によると、表面輪郭検出について用いられ、少なくとも部分的にコンピュータ上で実行される画像投影、検出及び処理ステップの順序が示される。画像キャプチャステップ４０において、オペレータは撮像装置を位置決めし、一連のパターン化された照射画像をキャプチャする。画像は、２つのグループインデックス画像５２ａ及び５２ｂ、所望の暗画像３６及び平坦（明）画像３８のそれぞれ、及びマルチライン画像５４の数ｐを含むか構成することができ、任意の順序でキャプチャされることができる。代替的実施形態においては、３つ以上のグループインデックス画像が使用されることができる。代替的実施形態においては、マルチライン画像５４のｐの部分集合はキャプチャされ使用されることができる。いったん画像がキャプチャされると、画像センサ配列上の画素が照射配列上の画素に対応するグループマップ又はマッピングに割り当てられる、画素割り当てステップ４４を実行する。照射のない追加的な任意の暗画像３６及びフルフレーム照射を持つ平坦画像３８も、以下で説明されるように、信号処理を支援するためにも取得されることができる。

輪郭画像を形成するために、引き続き図３の順序について、マルチライン画像５４のｐの集合もまた取得され、そこからピーク位置、すなわち表面輪郭を表す最も強度の高い位置が位置検出ステップ５０において検出されることができる。あるいは、マルチライン画像ｐの集合の真部分集合は、それに対応してピーク位置の検出結果における低解像度とともに、位置検出ステップ５０において使用するために取得されることができ、この場合、補間は、投影されない各グループ内の線ピークに対するデータに書き込むために適用されることができる。次に、マッピングステップ６０は輪郭画像を形成し、表示し、例えば表示モニタに関連付けられる一時表示メモリのようなメモリ中に記憶する。所望により、１つ以上のグループインデックス画像又はマルチライン画像もまた表示されることが可能である。

図１に対して、各グループインデックス画像５２ａ、５２ｂは、照射配列１０上に１画素幅の線の配置を有する。マルチライン画像もまた、照射配列１０上に１画素幅である１つ以上の明帯域を有する。マルチライン画像は、それぞれの画素グループ内に少なくとも１つの明から暗又は暗から明への遷移を有する。

図４の概略図は、少なくともグループインデックス画像５２ａ及び５２ｂならびに１つ以上のマルチライン画像５４を投影しキャプチャするための撮像装置７０を示す。制御論理プロセッサ８０、又はその他の種類のコンピュータは、照射配列１０及び撮像センサ配列３０の操作を制御することができる。歯２２からのような表面２０からの画像データは、撮像センサ配列３０から取得され、メモリ７２の中に記憶される。制御論理プロセッサ８０は、受信された画像データを処理し、マッピングをメモリ７２に記憶する。メモリ７２から得られた画像は次に、所望により画面７４上に表示される。メモリ７２はまた表示バッファを含み得る。

グループ及び画素マッピングの説明は下記のとおりである。
（１）照射装置の線の数値表示は、撮像センサ配列上で右から左に増加するものと想定され、単調ルールは、グループ番号が列に沿って右から左に増加しなくてはならない。
（２）１つの画素が使用され得るが、各照射装置配列画素に対して多数の（少なくとも２つ又は３つの）撮像センサ配列画素があると想定される。
数値表示の順序は、説明に対応して変化し、交互に左から右に増加できることが強調されるべきである。

グループマッピングの形成
図５から図８の概略図は、本発明の実施形態に従って、グループマップを形成するために処理の種々な態様を示す。図５は、表面２０の位置に対応する、撮像センサ配列３０上の画素列３２の一部分を示す。それぞれのグループは、隣接する画素３２の所定の数ｐを有し、示されている例示的なマッピングではグループごとに８個の画素３２を有する。数ｐもまた、１０又は１２画素のようなグループを構成する画素のいくつかのその他の数であり得る。図５の縦の点線は、グループ境界を示す。グループ境界では、それぞれのグループが０、１、２、・・・（ｐ−１）と番号付けされた画素ｐを有し、１つのグループの（ｐ−１）番目の画素は、列にある次の、又は隣接するグループの０番目の画素に隣接し、２つの隣接するそれぞれのグループに１つの画素を有するこれらの２つの隣接する画素間の空間は、グループ境界を定義する。グループ境界は、２つの隣接するグループによって「共有」されていると考えられる。各グループはまた、図５に斜線で示された中央画素３４を有する。中央画素３４は、数（ｐ／２）を有する画素である。したがって、図５の実施例で示されているように、グループは８個の画素（ｐ＝８）を有し、中央画素は４個の画素である。本開示に関して参照すると、図５に示された配置は、各グループ内にｐ／２の画素が照射され、中央マルチライン画像７６と称される。したがって、一実施形態では、中央マルチライン画像７６は、図３に示され、かつ次により詳細に記載されているように、画素マッピングとグループマッピングの両方に使用されるマルチライン画像のうちの１つのみである。

幾何学的に、特定の例示的な実施形態のために、画像の一方の側から列に沿ってもう一方へ移動した場合、グループ番号は単調に変化しなければならない。（異なる列上の数は一列に並ばない場合があるが、しかしそれぞれの列内でこれらは単調である。）これは、それぞれの列上のグループ数を「校正」することを可能にし、ノイズは、グループ数の想定された単調的な増加を妨げる箇所を捨てる。

グループマップは、１つ以上のグループから選択された画素（例えば、中央画素）を照射し、投影する画像を使用して生成される。中央画素が１つ以上のグループに使用される場合、これらの画素は「中心線」画像と称されることができる。一実施形態では、図３の論理フローチャートに戻って参照すると、これは、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂのそれぞれと、対応するマルチライン画像ｐのうち１つ、具体的には中央マルチライン画像７６を含むことができる。

グループインデックス画像
グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂのそれぞれは、好ましくは、照射配列の中央画素のいくつかに対応する線のパターンを投影する中心線画像である。２つのグループインデックス画像５２ａ及び５２ｂを使用する例示的な配置は、図６に示されている。画像５２ａ及び５２ｂは左揃えである。本実施例では、０から３９までの番号がつけられた全４０グループがある。ここで、中心線は、奇数のグループ（１、３、５、７、．．．）にのみ投影され、偶数のグループ（０、２、４、６、８、．．．）の中心線は、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂには投影されないが、次に記載するように、マルチライン画像のうち１つに提供される。

図６の実施例では、グループインデックス画像５２ａは、奇数のグループ１、５、７、９、．．．３７、３９に中心線を投影する。グループインデックス画像５２ｂは、奇数のグループ１、３、５、９、．．．３５、３７に中心線を投影する。破線は、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂの両方における同一グループの中心線間に伸びる。したがって、例えば両画像はグループ１、５、９、．．．３７に対し、同一位置で中心線を有する。これらの共通して投影された中心線の間の距離Ｄ１は、４つのグループ幅である。共通の中心線は、グループサイズの第１の倍数である第１の距離Ｄ１によって互いから等距離であるということがわかる。

図６の配置においては、点線は、グループインデックス画像５２ｂではなくグループインデックス画像５２ａのみにおける中心線を有するグループを示す。本実施例では、これらはグループ７、１５、２３、３１及び３９の中心線である。同様に、点線は、グループインデックス画像５２ａにおいてではなく、グループインデックス画像５２ｂのみにおいて中心線を有するグループから外へ伸びる。本実施例では、これらはグループ３、１１、１９、２７及び３５の中心線である。投影されたグループインデックス画像５２ａ及び５２ｂのそれぞれ内には、共有されていないこれらの中心線は、グループサイズの第２の倍数である第２の距離Ｄ２によって互いに間隔を空けられている。図６に示すように、第２の距離Ｄ２は、８つのグループ幅の距離である。

中心線のいくつかは共有され、いくつかは共有されずに、中心線を図６に示された配置で間隔を空けることは、容易に分かり得ない利点を有する。８つのグループのうちより広い間隔は、共通の中心線間で使用されるグループサイズの第１の倍数よりも大きなグループサイズの第２の倍数である。この共有されていない中心線間のより広い間隔は、グループ識別において曖昧さを減少するのに役立つ。例えばあるｐで、中心線の画像列サイズｌが十分な大きさである場合には、任意の中心線画像上の任意の隣接する２つの中心線の距離（例えば、ｐ×ｌ照射画素）は、表面深度が焦点位置に対し所定の範囲内にあるという前提で、各記録された中心線画像における検出された中心線ピークを対応するグループに、明確に割り当てるのに十分な大きさであろう。したがって、これらの共有されない線の中心線ピークは、画像５２ａ及び５２ｂの１つにおいてその存在を確認し、他方の画像には存在しないことを確認することができる。

構造化された光システムの設計と物体の歯の表面によると、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂからの、それぞれの記録された中心線は２つのネイバー間に配置される。例えば、１＜ｍ＜４０とすると、ｍ番目の中心線は、（ｍ−１）番目の中心線の左、及び（ｍ＋１）番目の中心線の右に配置されている。共有されていない第３、第７、第１１、第１５、第１９、第２３、第２７、第３１、第３５及び第３９番目の中心線が正しく割り当てられると、デュアルネイバーを参照することによって共有される第１、第５、第９、第１３、第１７、第２１、第２５、第２９、第３３、第３７番目のグループの中心線ピークを割り当てることが可能である。例えば、中心線が割り当てられた第１５番目と第１９番目の間に配置される、割り当てられていない中心線ピークは、容易に、かつ明確にグループ１７に割り当てられることができる。

第１及び第２のグループインデックス画像から得られるグループマッピングは、マッピングされたグループの第１の集合を形成する。図６に示した実施例では、マッピングされたグループの第１の集合は、奇数のグループのすべてを構成する。奇数のグループがマッピングされた後、偶数のグループは、次に、マルチライン画像のうち１つ、具体的には中央のマルチライン画像７６を使用してマッピングされる。前述したように、これは、図５を参照して前述したように、例えば、各グループ内で照射されたｐ／２の画素を有するグループインデックス画像に使用される同じ中心線に配置されるマルチライン画像ｐのうちの１つのマルチライン画像である。この画像は、次に記載されるマルチライン画像ｐの部分集合の１つである。

本開示の代替的な実施形態によると、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂは、図６に記載された基本パターンに従う対応する間隔で、マッピングされたグループの第１の集合として、偶数のグループをマッピングするために使用される。次に、マルチライン画像は奇数のグループをマッピングするために使用される。

マルチライン画像
図３に示された順序について述べたように、マルチライン画像ｐの集合が、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂに加えて表面に投影される。少なくとも１つのマルチライン画像はグループマッピング及び画素レベルの解像度を生成するために使用され、その他のマルチライン画像は、表面輪郭情報を得るために画素レベルの解像度のみを提供する。図３の論理フローチャートに示されているように、グループマッピングに必要な１つのマルチライン画像は、中央のマルチライン画像７６であり得る。

マルチライン画像においては、各グループに１つの画素が一度に照射される。図７Ａの概略図は、グループＧ５、Ｇ６、Ｇ７及びＧ８を有する拡大部Ｅに示されている照射配列１０の単一の列について、それぞれのグループの中の最も左にある画素が照射されて線を形成する、第１のマルチライン画像５４ａの一部を示す。図７Ｂは、それぞれのグループにおける次の画素が照射される、別のマルチライン画像５４ｂを示す。ここで示される実施例のように、それぞれのグループが８つの画素を有する場合、それぞれのグループにおいてそれぞれの画素について１つ、少なくとも８つのマルチライン画像があるように、この順序が繰り返される。暗から明又は明から暗の遷移は、マルチライン画像における単一の画素幅についてのみであり、線を形成する光のそれぞれの明帯域は単一の画素幅である。それぞれのマルチライン画像は、それぞれのグループ内に単一の線を投影する。概して、それぞれのグループが隣接する画素数ｐを有する場合、少なくともｐ／２のマルチライン画像の部分集合が表面上に投影され、かつ表面輪郭撮像のために記録される。加えて、８を超えるマルチライン画像が、周期的又はその他の順序の配列で投影されかつ記録されることができる。各マルチライン画像５４内の照射画素間のグループ幅の距離Ｄ３は、画素ｐ全体に延びている。

代替的実施形態において、マルチライン画像ｐの集合の部分集合は、表面輪郭測定を得るために投影され、各グループ内に減少した数の線を投影する。データ補間は、投影されない各グループ内の個別の線に対し、データに書き込むために適用されることができる。例えば、一実施形態では、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂならびにマルチライン画像の１つはグループマッピングを生成するために使用され、残りのマルチライン画像ｐ−１は、表面輪郭情報を得るために画素レベルの解像度のみを提供する。

図８は、照射配列１０から投影される際、それぞれのグループ内にある線８４を有するマルチライン画像５４を示す。図９及び図１０は、表面２０上に投影され、それぞれ撮像センサ配列３０によって記録される例示的なマルチライン画像５４を示す。図９の破線Ｑは、撮像センサ配列３０上の画素の１つの列を表す。

本開示の実施形態と一致して、マルチライン画像のそれぞれは、列におけるそれぞれの強度ピークを配置するために、独立した列の集合として分析される。これは２つのステップで行われる。まず、平滑化フィルタと微分フィルタの組み合わせがピーク信号のある所に画素を配置する。次に、このピークを副画素精度で配置するために、識別された画素の周りの観測点にパラボラがフィットされる。ピークの周囲の背景もまた、相対的なピーク高さについての追加的な情報を提供するものと推定される。弱すぎたり、又は別のピークに近すぎたりするピーク候補は、ピークの一覧から外されることができる。分析の結果は、強さのピークが観測される、正確な位置の長いピーク一覧（典型的な撮像センサ配列で３０，０００〜１００，０００）である。

グループのマッピングには、各グループの中心線を有する特定のマルチライン画像５４は、ｐ／２の画素を照射して、中央のマルチライン画像７６を形成する。中央のマルチライン画像７６は、必要とされる情報を提供して、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂから得られない残りのグループの中心線をマッピングする。前述の例示的実施形態には、これは、残りの偶数のグループは、ｐ／２の画素が照射され、各グループの中心線を有するマルチライン画像５４を使用してマッピングされることが可能であることを意味する。本技術を使用して、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂが各奇数のグループを識別する場合には、中央のマルチライン画像７６はインターリーブされた偶数のグループを識別する。代替的実施形態において、同様の論理を使用して、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂが各偶数のグループを識別する場合には、中央のマルチライン画像７６は残りのインターリーブされた奇数のグループを識別する。曖昧さを解決するのを支援するために、グループを識別するための処理は、グループの識別が進むにつれより微細な解像度でデュアルネイバー参照を使用することができる。

代替的実施形態において、第１のグループインデックス画像５２ａ及び５２ｂは、グループ（例えば、奇数のグループ）の第１の集合に使用されることができ、追加又は第２のグループインデックス画像がグループマッピングを生成するためにグループ（例えば、偶数のグループ）の第２集合に使用されることができる。次に、その他のマルチライン画像５４は、表面輪郭情報を得るために画素レベルの解像度を提供するために使用されることができる。

正確な比較をするには低すぎる可能性のある平坦画像３８（図３）に、あるレベルの信号（「カットオフポイント」）が存在する。このレベルは単にソフトウェアを処理するためのパラメータとして設定されることができる。これはまた、以下で説明されるようにマルチライン画像におけるすべてのピークを見つけ、それらのピーク位置の「平坦」値を観察することによって順応的に計算されることもできる。このカットオフポイントより下のレベルの画素は、単に不定である、未知の状態を有すると宣言され、それ以上処理されない。

グループマップとピーク一覧の組み合わせ
ノイズ又はエラーがなければ、グループとピークデータの組み合わせは、ピーク位置をｘ及びｙに含む（例えば、列及び列番号に沿った画素位置）ピーク一覧、ピーク高さ、ピーク幅、及び由来する画像（マルチライン画像１〜ｐ）によって動作される。それぞれのピークについて、グループマッピングの最も近くにある画素からのグループ番号が読み出される。グループ番号と画像番号が組み合わされ、４８０個の線画像の１から４８０まで、照射装置上の線を計算する。これは、ピークについての３つの必要不可欠な「画素位置」である、撮像装置上のｘ及びｙの位置、及び照射装置上のｘの位置を、単一の投影点から取得されるもののように付与する。

次に、３つの画素の位置及びキャリブレーションパラメータを用いて、歯又は他の表面上の点の概略位置が計算されることができる。これらの概略位置は、歯又はその他の物体の表面上の正確な位置（ｘ、ｙ、ｚ）を決定するために、キャリブレーションから分かった情報を用いて処理される。これらの位置のすべてがポイントクラウドを形成するために使用されることができ、これが結合アルゴリズムの最終出力である。

任意の暗画像及び平坦画像
暗視画像３６及び平坦視野画像３８は、図３の順序において記載されるように任意に取得される。これらの画像は平均化されて強度の尺度を提供し、それは画素割り当てステップ４４（図３）における信号マッピングの向上を支援するために、暗さ強度から明るさを区別するための閾値として用いられる。

なお、画像投影及び記録の順序は、本発明の方法に対し任意の適切な順序に従うことができるという点に留意すべきである。さらに、マルチライン画像及びグループインデックスパターンは、任意の決まった順序で取得されるのではなく、むしろ散在していることができる。

グループマッピングの形成は、深さ測定において潜在的な曖昧さを解決するのを支援する。本発明の実施形態は、グループマッピングのためのロバストな方法を提供することを支援し、過剰な数の二値画像の投影、検出及び処理を要しない。

図１１Ａは、グループインデックス画像５２のうち１つに投影された照射パターンを示す。実施例として、図１１Ｂは、グループインデックス画像１０２の投影から得られた対応する歯の画像１１２の一部を示す。

図１２Ａは、マルチライン画像５４のうち１つに投影された照射パターンを示す。実施例として、図１２Ｂは、マルチライン画像５４の投影から得られた対応する歯の画像１１６を示す。

本発明の実施形態は異なるグループサイズ及び配置を採用することができ、グループの集合が任意の時に照射される画素を有する仕様を含む。次の画像パターンの記載を単純化するために、８つの画素の任意のグループサイズが使用される。グループ当たり８画素を有する１６グループにおける１２８画素の動作が記載される。１６グループは、本明細書で使用される用語では、順序集合を形成する。本発明の範囲内で、順序集合の数であるグループサイズ又はグループの数において変化されることができると理解できる。本明細書に記載されている説明は、マルチライン画像からのグループインデックス画像を区別する上で、これらの例示的な値を使用する。

各画像の光の強度は同一であり得、しかしながら、異なる画像の種類に対して強度を変更することは有益であり得る。例えば、強度を好適に調整することで散乱された光の影響を減少することに役立つことができる。

本発明の実施形態と一致して、コンピュータは、電子メモリからアクセスされた画像データで実行する記憶された命令を有するプログラムを実行する。画像処理技術の当業者によって理解されることができるように、本発明の実施形態のコンピュータプログラムは、マイクロプロセッサ又はその他の専用プロセッサあるいはプログラム可能な論理装置と同様に、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの、適切な、汎用コンピュータシステムによって利用されることができる。しかしながら、多くの他の種類のコンピュータシステムが、ネットワークされたプロセッサを含む本発明のコンピュータプログラムを実行するために用いられることができる。本発明の方法を実施するためのコンピュータプログラムは、コンピュータ可読の記憶媒体の中に記憶されてもよい。この媒体は、例えば、磁気ディスク（ハードドライブのような）、磁気テープもしくはその他の携帯型の種類の磁気ディスクのような磁気記憶媒体、光ディスク、光テープ又は機械読み取り可能バーコードのような光学的記憶媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）のような固体電子記憶デバイス、又はコンピュータプログラムを記憶するために採用される任意のその他の物理デバイスもしくは媒体を備え得る。本発明の方法を実施するためのコンピュータプログラムはまた、インターネットや他の通信媒体の手段により画像プロセッサに接続されたコンピュータ可読の記憶媒体上に記憶され得る。当業者は、かかるコンピュータプログラム製品の均等物も又はドウェアの中に構成され得ることを容易に認識するであろう。

本発明のコンピュータプログラム製品は、周知の多様な画像操作アルゴリズム及び処理を利用してもよいことが理解されよう。本発明におけるコンピュータプログラム製品の実施形態は、実施態様に有益であるが、本願において特に示されたり説明されたりしないアルゴリズム及び処理を具体化してもよいことがさらに理解されよう。このようなアルゴリズム及び処理は、画像処理技術の分野において通常の技術範囲にある従来の効用を含んでもよい。かかるアルゴリズム及びシステム、及び画像の製作及び別様の処理のための、又は本発明のコンピュータプログラム製品と協調するためのハードウェア及び／又はソフトウェアの追加的な態様は、本願において具体的に示されたり説明されたりしておらず、当技術分野で周知のアルゴリズム、システム、ハードウェア、コンポーネント、及び要素などから選択され得る。

本開示の文脈では、画像を「記録する」行為は、後続の処理のためにこの画像データを使用するには、いくつかの種類のメモリ回路に画像データを記憶することを意味する。記録された画像データ自体は、より恒久的に記憶され又はさらに処理されるために、一旦もはや必要でなくなると破棄されることが可能である。「順序集合」は、集合論で用いられる従来の意味を有し、その要素が、例えば、昇順の順序の自然数の集合のような明確な順序を有する集合に関連する。

本開示の文脈内で「コンピュータでアクセス可能なメモリ」と同義である、「メモリ」という用語は、画像データ上で記憶及び動作するために用いられ、例えば、コンピュータシステムにアクセス可能である、任意の種類の一時的又はさらに永続的なデータ記憶ワークスペースを指すことができることに留意されたい。メモリは、例えば、磁気又は光学式記憶などの長期記憶媒体を用いた不揮発性であることができる。あるいはメモリは、マイクロプロセッサ又はその他の制御論理プロセッサデバイスによって一時的なバッファ又はワークスペースとして用いられるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの電子回路を用いて、より揮発性のある性質であることができる。例えば表示データは、表示デバイスに直接関連付けられる一時的記憶バッファに典型的に記憶され、及び表示されたデータを提供するために必要に応じて定期的に再読み込みされる。この一時的な記憶バッファもまた、この用語が本開示において使用される際、メモリと考えられることができる。メモリはまた、計算及びその他の処理の中間及び最終結果を実行又は記憶するためのデータワークスペースとして用いられることもできる。コンピュータでアクセス可能なメモリは、揮発性、不揮発性、又は揮発性と不揮発性の種類のハイブリッドな組み合わせであることができる。様々な種類のコンピュータでアクセス可能なメモリは、データを記憶、処理、転送及び表示するためのシステムならびにその他の機能のためのシステム全体の異なるコンポーネントに提供される。

一実施形態では、図４に示される装置７０、口腔内カメラ等は、図３に示され、あるいは図３に関連して記載されるハードウェアもしくは制御論理、機能及び／又は操作において実装可能である。１画素幅として本明細書で記載されているが、特定の例示的な実施形態では、グループインデックス画像５２ａ及び５２ｂは、２つ以上の画素幅線を使用できる。

一実施形態では、表面に従ってセンサ画素配列を照射画素配列にマッピングするための方法及び／又は装置が提供され、コンピュータ上で少なくとも部分的に実行され、照射画素配列のグループの順序集合のうち、対応するグループにセンサ配列上の複数の画素内の各画素を割り当てることによるグループマッピングの形成を含むことが可能であり、各グループは照射画素配列上で隣接する画素ｐの集合によって定義されるグループ幅を有し、及び順序集合はグループｋを、表面に投影し、線の第１のパターンを備える第１の多数のグループインデックス画像と、線の第２のパターンを備える第２の多数のグループインデックス画像を記録し、線の第１及び第２のパターンの両方における同一の位置に現れる線は、グループ幅ｐの第１の倍数である第１の距離によって互いから均等に間隔を空けられ、第１の倍数は１よりも大きな整数であり、第１又は第２の線のパターンのいずれかのみに現れる線は、グループサイズの第２の倍数であり、かつ第１の距離を超える第２の距離によって互いに均等に間隔を空けられ、表面に投影し、線の第３のパターンを備える第３の多数のグループインデックス画像と、線の第４のパターンを備える第４の多数のグループインデックス画像を記録し、線の第３及び第４のパターンの両方における同一の位置に現れる線は、第１の距離によって互いから均等に間隔が空けられ、第３又は第４の線のパターンのいずれかのみに現れる線は、第３の距離を超える第２の距離によって互いに均等に間隔を空けられ、第１の多数のグループインデックス画像及び第２の多数のグループインデックス画像における線を、第３の多数のグループインデックス画像及び第４のグループインデックス画像における線と相関して、すべてのグループｋに対してグループのマッピングと、コンピュータでアクセス可能なメモリへの相関の記憶を生成することにより有する。

本願は、同一出願人であるＪａｍｅｓ Ｍｉｌｃｈによる、米国特許第１３／２９３，３０８号の名称、光学マルチライン法を使用する３−Ｄ口腔内測定に関し、その全体が本明細書に参照として組み込まれる。

本発明は１つ以上の実施態様について例示されている一方、代替及び／又は修正は、添付の特許請求の範囲及びその精神から逸脱することなく、示された例についてなされ得る。さらに、本発明の具体的な特徴はいくつかの実施態様のうちについて開示され得る一方、このような特徴は、それが所望されることが可能であり、任意の所与の又は具体的な機能に関して利点があるため、他の実施態様のうちの１つ以上の他の特徴と結び付けられ得る。「少なくとも１つ」という用語は、掲載された項目のうちの１つ以上が選択され得ることを意味するために用いられている。「約」という用語は、示された実施形態に対して処理又は構造における不適合が生じない限り、掲載された値がいくらか変更され得ることを示している。最後に、「例示的な」は、説明が理想的であることを暗示するよりはむしろ一例として用いられていることを示す。本発明の他の実施形態は、本願に開示された本発明の明細及び実践を考慮することにより、当業者に明白になるであろう。したがって、本開示の実施形態は、あらゆる点で例示的であり、限定されないと考察されている。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示され、それらの等価物の意味及び範囲内に入るすべての変更は、そこに含まれるものとする。

Claims (15)

1. 少なくとも部分的にコンピュータで実行される、表面に従ってセンサ画素配列を照射画素配列にマッピングするための方法であって、
   前記照射画素配列のグループの順序集合のうち、対応するグループに前記センサ画素配列上の複数の画素内の各画素を割り当てることによってグループマッピングを形成するステップであって、各グループは前記照射画素配列上で隣接する画素ｐの集合によって定義されるグループ幅を有し、前記順序集合はｋ個のグループを有するステップ、
   を有し、
   前記グループマッピングを形成するステップは、
   線の第１のパターンを備える第１の多数のグループインデックス画像と、線の第２のパターンを備える第２の多数のグループインデックス画像を前記表面に投影して記録するステップであって、線の前記第１及び第２のパターンの両方における同一の位置に現れる線は、グループ幅ｐの第１の倍数である第１の距離によって互いから均等に間隔が空けられ、前記第１の倍数は１よりも大きな整数であり、線の前記第１又は第２の線のパターンのいずれかのみに現れる線は、グループサイズの第２の倍数であり、かつ前記第１の距離を超える第２の距離によって互いに均等に間隔を空けられるステップと、
   マルチライン画像ｐの集合の部分集合を前記表面に投影して記録するステップであって、各マルチライン画像は各グループ内に線を投影し、マルチライン画像ｐの各前記部分集合における前記投影された線は、画素ｐのグループ幅によって均等に間隔を空けられるステップと、
   前記第１及び第２の多数のグループインデックス画像からの線に前記記録されたマルチライン画像のうちの１つの線を相関させて、すべてのグループｋに対する前記グループマッピングを生成し、コンピュータでアクセス可能なメモリに前記相関を記憶させるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 相関線が、前記第１の多数のグループインデックス画像における線を前記第２の多数のグループインデックス画像における線に相関させて、マッピングされたグループの第１の集合を生成するステップと、
   マッピングされたグループの前記第１の集合の線を、記録されたマルチライン画像の前記部分集合の少なくとも１つの数における線に相関させるステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. １つ以上の前記記録されたマルチライン画像における所定の位置にある線の存在と、マッピングされたグループの前記第１の集合におけるその他の位置で線の不存在とを確認するステップと、
   をさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. １つ以上の前記第１の多数のグループインデックス画像、前記第２の多数のグループインデックス画像、又は、前記記録されたマルチライン画像を表示するステップと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２の距離が前記第１の距離の２倍である、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記照射画素配列が液晶デバイス又はデジタルマイクロミラー配列デバイスである、
   請求項１に記載の方法。
7. 前記グループマッピングを形成するステップは、少なくとも１つの暗視画像と少なくとも１つの平坦視野画像を投影し記録するステップと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記記録されたマルチライン画像と、すべてのｋグループの前記グループマッピングに従って、表面輪郭データを計算し表示するステップと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. マルチライン画像ｐの前記集合の前記部分集合が単一のマルチライン画像を構成する、
   請求項１に記載の方法。
10. 少なくとも部分的にコンピュータで実行される、表面輪郭画像の提供方法であって、
    照射画素配列のグループの順序集合のうち、対応するグループにセンサ配列上の複数の画素内の各画素を割り当てることによってグループマッピングを形成するステップであって、各グループは前記照射画素配列上で隣接する画素ｐの集合によって定義されるグループ幅を有し、前記順序集合はｋ個のグループを有するステップ、
    を有し、
    前記グループマッピングを形成するステップは、
    線の第１のパターンを備える第１の多数のグループインデックス画像と、線の第２のパターンを備える第２の多数のグループインデックス画像を投影し記録するステップであって、前記第１及び第２のパターンの両方に同一の位置に現れる線があり、第１及び第２のパターンの両方に現れる線は、グループ幅ｐの第１の倍数である第１の距離によって互いから均等に間隔が空けられ、前記第１の倍数は１よりも大きな整数であり、前記第１又は第２のパターンのいずれかのみに現れる線は、グループサイズの第２の倍数であり、かつ前記第１の距離を超える第２の距離によって互いに均等に間隔を空けられるステップと、
    マルチライン画像ｐの集合の部分集合を投影して記録するステップであって、前記集合における各マルチライン画像は各グループ内に線を投影し、マルチライン画像ｐの各前記部分集合における前記投影された線は、画素ｐの幅によって均等に間隔を空けられるステップと、
    前記第１及び第２の多数のグループインデックス画像からの線に前記マルチライン画像のうちの１つにおける線を相関させて、すべてのグループｋに対する前記グループマッピングを生成し、コンピュータでアクセス可能なメモリに前記相関を記憶させるステップと、
    マルチライン画像ｐの前記投影された部分集合からピーク位置を検出し、前記ピーク位置とグループマッピングによる前記表面輪郭画像を形成するステップと、
    前記表面輪郭画像を表示するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
11. 相関線が、前記第１の多数のグループインデックス画像における線を前記第２の多数のグループインデックス画像における線に相関させて、マッピングされたグループの第１の集合を生成するステップと、
    マッピングされたグループの前記第１の集合の線を、前記記録されたマルチライン画像のうち１つにおける線で相関させるステップと、
    を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記記録されたマルチライン画像のうちの１つの線の存在と、マッピングされたグループの第１の集合における線の不存在とを確認するステップと、
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記照射画素配列が液晶デバイス又はデジタルマイクロミラー配列デバイスである、
    請求項１０に記載の方法。
14. 前記グループマッピングを形成するステップは、少なくとも１つの暗視画像と少なくとも平坦視野画像を取得し記録するステップと、
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
15. マルチライン画像ｐの前記集合の前記部分集合が単一のマルチライン画像を構成する、
    請求項１０に記載の方法。