JP2019537728A - ３次元口腔内表面特徴付け - Google Patents

Abstract

画像化検出器を表面に位置合わせする方法は、第１のラインの疎パターンとそれに続く第２のラインの疎パターンを有するシーケンスを投影して記録する。第１の位置の部分集合は、第１のラベルに対応する第１及び第２の疎パターンの両方からラインを受け取る。第２の位置の部分集合は、第２のラベルに対応する第１の疎パターンからのラインのみを受け取る。第３の位置の部分集合は、第３のラベルに対応する第２の疎パターンからのラインのみを受け取る。第１、第２及び第３のラベルは復号され、第１、第２及び第３の位置の部分集合の各メンバ要素は、復号されたラベルに従って画像化検出器に位置合わせされる。復号されたラベルの位置合わせされたメンバ要素と位置的に相関した１つ以上のライン密パターンが投影されて記録される。表面輪郭の画像は、記録されたパターンに従って形成される。

Description

本発明は、概して表面形状の特徴付けの分野に関し、より具体的には、パターン照明を用いた口腔内表面の画像化及び特徴付けに関する。

小さい対象物の３Ｄ構造を決定する能力は、口腔内又は歯科用画像化を含む様々な用途において価値がある。口腔内画像化は、接近及び位置決めの困難さ、歯及び口内の他の特徴の光学的特性、並びに不規則な表面の正確な測定の必要性に関連するような、３Ｄ構造を検出するための多くの課題を提示する。

医療用途、工業用途及び別の用途において様々な種類の対象物から表面輪郭情報を取得するための多数の技術が開発されている。光学的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た画像を用いて形状及び深さ情報を提供する。様々な種類の画像化方法は、一連の光パターンを生成し、焦点又は三角測量を用いて照明領域にわたる表面形状の変化を検出する。

表面輪郭画像化は、パターン光又は構造光と三角測量とを用いて、様々な種類の構造に対する表面輪郭情報を得る。輪郭画像化において、ライン又は他の特徴のパターンは、所与の角度から対象物の表面に向かって投影される。次に、表面からの投影パターンは、三角測量を利用して、別の角度から輪郭画像として観察され、輪郭線の外観に基づいて表面情報を分析する。位相シフトでは、投影パターンを漸増的に空間的にシフトしてオフセット位置で追加の計測を取得し、通常は表面輪郭画像化の一部として適用され、それを用いて表面の輪郭マッピングを完成して輪郭画像の全体的な解像度を高める。

構造光を用いる表面輪郭画像化は、固体の非常に不透光な対象物に効果的に使用されており、かつ人体のいくつかの部分の表面形状を特徴付けるため、また皮膚構造に関する詳細なデータを得るために使用されている。しかしながら、多くの技術的な障害が歯の輪郭投影画像化の効果的な使用を妨げている。歯の表面画像化に伴う１つの特定の課題は、歯の透光性に関する。透光又は半透光材料は、一般に、パターン光画像化にとって特に厄介であることは周知である。透光性構造における表面下散乱は、全体の信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を減少させ、光強度をシフトさせ、不正確な高さデータを生じさせる可能性がある。別の問題は、様々な歯の表面に対する高レベルの反射に関する。高反射材料、特に中空反射構造は、この種の画像化のダイナミックレンジを実際上、減少させる可能性がある。

光学的観点から、歯自体の構造は、構造光投影画像化に対して多くの追加の課題を提示する。歯は、その時々で、異なる表面及び表面の一部分に沿って濡れていても乾いていてもよい。歯の形状は、鋭い縁部を伴う不規則な場合が多い。前述のように、歯は複雑な方法で光と相互作用する。歯の表面の下を透過する光は、透光性歯材内で著しい散乱を受ける傾向がある。さらに、歯の表面下の不透光性特徴からの反射が生じる場合もあり、雑音を加えて感知された信号を劣化させ、それによって歯の表面分析の作業を更に複雑にする。すべての光波長を同じ精度で検出できるわけではない。したがって、マルチスペクトル又はマルチカラーアプローチは、場合によってはあまり満足のいくものではない可能性がある。

試みられた１つの是正措置は、コーティングを施して歯の表面自体の反射特性を変えることである。歯の相対的な透光性によって引き起こされる問題を補償するために、多くの従来の歯の輪郭画像化システムでは、表面輪郭画像化の前に歯の表面に塗料又は反射性粉末を塗布する。この追加ステップは、歯の不透光性を高め、前述の散乱光の影響を排除又は低減する。しかしながら、この種のアプローチには欠点がある。コーティング粉末又は液体を塗布するステップは、歯の輪郭画像化過程にコストと時間を増加させる。コーティング層の厚さは全ての歯の表面にわたって不均一であることが多いため、測定誤差が生じやすい。より重要なことに、塗布されたコーティングは、輪郭画像化を容易にする一方で、歯に関する別の問題を覆い隠しやすく、したがって取得され得る有用な情報の総量を減じやすい。

しかしながら、歯のコーティング又は別の種類の表面調整が用いられる場合でさえ、歯の表面の顕著な輪郭と、角度及び空間制限のような固有の困難さのために、結果は期待外れになる場合がある。全ての歯の表面に十分な量の光を供給し、そこから反射された光を感知することは困難であり得る。例えば、同じ歯の異なる表面は互いに対して９０°に向けられる場合があり、歯の全ての部分を正確に画像化するのに十分な光を向けることを困難にしている。

多くの問題が、正確な表面輪郭計測のための照明アレイのセンサ回路へのマッピングを複雑にしている。複数の画像を歯が同じ位置にある状態で取り込まなければならないため、カメラ又は患者のあらゆる種類の動きが、計測作業を複雑にし、又は再画像化及び追加計測及び計算時間を必要とする。したがって、正確なマッピングに必要な画像の数と時間量を減らすことに有用性がある。しかしながら、同時に、複数の画像を取得でき、かつそれらのそれぞれのデータが相関する場合に計測は改善される。これらの相反する考察を考慮すると、より効率的な画素マッピング技術には有用性があり、少数の画像からかなりの量の表面輪郭データを得ることが分かる。

本開示の目的は、歯及び関連する口腔内構造の表面輪郭特徴付けの技術を進歩させることである。本開示の例示的な実施形態は、光パターンの配置を用いて歯の表面を照明することによって歯についての３Ｄ表面情報を提供し、デジタル撮像アレイ上の画素位置を照明装置からの画素位置とより密接にマッピングするのに役立つ。有利なことに、例示的な実施形態は、既知の照明及び画像化コンポーネントの配置と共に使用することができ、従来の輪郭検出方法と比較した場合に感知パターンの曖昧さの減少に役立つように適合される。更なる利点として、本開示の例示的な実施形態は、別の方法より必要とする照明フレームが少なく、患者又はオペレータの動きによって引き起こされる問題を軽減する。

これらの目的は例示的な例としてのみ与えられ、そのような目的は本開示の１つ以上の実施形態の例示であり得る。開示された方法によって本質的に達成される別の望ましい目的及び利点は、当該技術者には想起され、又は明らかになり得る。本発明は特許請求の範囲によって規定される。

本開示の１つの態様により、画像化検出器を表面に位置合わせするための方法が提供され、この方法は、少なくとも部分的にコンピュータ上で実行され、表面の一部分に、第１のラインの疎パターンとそれに続く第２のラインの疎パターンとを含むシーケンスを投影して記録することであって、ここで表面上の第１の位置の部分集合は、第１のラベルに対応する第１及び第２の疎パターンの両方からのラインによって照明され、表面上の第２の位置の部分集合は、第２のラベルに対応する第１の疎パターンからのラインによってのみ照明され、表面上の第３の位置の部分集合は、第３のラベルに対応する第２の疎パターンからのラインによってのみ照明されることと、表面位置からの第１、第２、及び第３のラベルを復号し、第１、第２、及び第３の位置の部分集合の各メンバ要素を、復号されたラベルに従って画像化検出器に位置合わせすることと、復号されたラベルの位置合わせされたメンバ要素と位置的に相関した１つ以上のラインの密パターンを投影して記録することと、記録されたパターンに従って表面輪郭の画像を形成して表示することとを含み得る。
本開示の前述及び別の目的、特徴、及び利点は、添付の図面に示されるように、本開示の実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。図面の要素は、必ずしも互いに対して一定の縮尺ではない。

表面に従いセンサ画素アレイを照明アレイにマッピングすることを示す概略図である。 単一の光のラインを用いた歯の表面の照明を示す図である。 複数の光のラインを用いた歯の表面の照明を示す図である。 画像化装置を示す概略図である。 輪郭特徴付けのための疎画像フレーム及び完全充填（fully populated）画像フレームを示す概略図である。 一例示的なマルチライン画像を示す平面図である。 本開示の一実施形態による表面輪郭画像データを取得するためのシーケンスを示すロジック流れ図である。 本開示の実施形態による表面特徴付けのために表面上に投射し得る疎フレーム及び完全充填フレームの例示的なシーケンスを示す概略図である。 本開示の実施形態による表面特徴付けのために表面上に投射し得る疎フレーム及び完全充填フレームの例示的なシーケンスを示す概略図である。 本開示の実施形態による表面特徴付けのために表面上に投射し得る疎フレーム及び完全充填フレームの例示的なシーケンスを示す概略図である。 完全充填マルチライン画像フレームの一部分を形成するために付勢された、照明アレイからの単一の照明画素のラインの一部分を概略的に示す図である。 疎画像フレームの一部分を形成するために付勢された、照明アレイからの単一の照明画素のラインの一部分を概略的に示す図である。

以下は、例示的な実施形態の説明であり、図面の参照において、いくつかの図の各々で同じ参照符号は構造の同じ要素を識別する。

用語「第１」、「第２」等は、使用される場合、必ずしも順序、順次又は優先権の関係を示すものではないが、１つの要素、要素の集合、又は時間間隔を、別のものから、より明確に区別するために使用され得る。「例示的」という用語は、その説明が一例として使用されることを示し、それが理想であることを意味するのではない。

本開示の文脈では、用語「観察者」、「オペレータ」、及び「ユーザ」は同等であると見なされ、ディスプレイモニタ上で歯科用画像等の画像を観察し操作する観察施術者又は技術者又は他の人物を指す。

本明細書で用いられる用語「集合」は、集合の要素又はメンバの集まりの概念が初等数学で広く理解されているため、空でない集合を指す。用語「部分集合」は、特に明記しない限り、本明細書において、空でない部分集合、すなわち１つ以上のメンバを有するより大きな集合の部分集合を指すために使用される。集合Ｓについて、部分集合は、全てのメンバを含む完全集合Ｓを含み得る。集合Ｓの「真部分集合」は狭義で集合Ｓに含まれ、集合Ｓの少なくとも１つのメンバを排他する。本開示の文脈において、用語「部分集合」は、特に明記しない限り、空でない真部分集合を意味するために使用される。

図１の概略図は、単一の光のラインＬの例を用いて、パターン光が表面輪郭情報を得るためにどのように使用されるかを示す。マッピングは、照明アレイ１０が表面２０上に光のパターンを投影又は配向するときに得られ、反射ラインＬ’の対応する画像が画像センサアレイ３０上に形成される。画像センサアレイ３０上の各画素３２は、表面２０による変調に従って照明アレイ１０上の対応する画素１２にマップすることができる。画素位置のシフトは、図１に示すように、表面２０の輪郭に関する有用な情報をもたらす。図１に示される基本パターンは、複数の同一又は異なる照明源を含む様々な照明源及びシーケンスを使用して画像を投影し、１つ以上の異なる種類のセンサアレイ３０を使用して画像データを取得又は獲得する、多くの方法で実施できることが理解され得る。照明アレイ１０は、液晶アレイ又はデジタルマイクロミラーアレイ等の、光変調に使用される多数のアレイの種類のいずれかを利用することができ、例えば、テキサス州ダラスのテキサスインスツルメンツのデジタルライトプロセッサ、すなわちＤＬＰ装置を用いて提供される。この種類の空間光変調器は、照明経路において使用され、マッピングシーケンスに必要とされる際に投影光パターンを変更する。

図２Ａ及び図２Ｂは、パターン光を用いて人間の歯から表面構造情報を取得するための従来のアプローチに関する１つの問題の態様を示す。図２Ａは、歯への単一の光のライン１４を用いた照明を示し、歯の縁部で照明の著しいシフトを伴う。この方法において、歯を横切って走査され、走査中に多数の点で撮像される単一ラインの投影は、表面領域の部分に関する正確な情報を得ることができるが、一部の情報は、この方法を用いてさえも失われ、例えば、ラインセグメントが互いに離れている場合である。図２Ｂは、複数の光のラインを有するパターンを用いた表面画像化を示す。表面に沿って急激な移行がある場合、各投影ラインに対応するセグメントを明確に識別することは困難である場合が多く、ミスマッチが起こり易く、表面特性についての不正確な結論をもたらす。例えば、ラインセグメント１６がラインセグメント１８と同じ照明のラインからのものであるのか、隣接するラインセグメント２４からのものであるのかを判断することは困難である場合が多い。

例示的な方法及び／又は装置の実施形態は、投影画像のシーケンス又は画像フレームを使用して表面輪郭マッピングの問題に対処でき、これは画像センサアレイ上の画素を照明アレイからの投影ラインとよりよく相関させ、かつ比較的少数の投影画像を使用してこの相関を提供するのに役立つ。輪郭画像化プロセスの効率、精度、及び／又は速度を向上させるために、例示的な符号化方法及び／又は装置の実施形態は、疎の表現と密の輪郭計測技術の組み合わせを使用することができ、検出精度に関する固有のチェックと、照明装置（複数可）及び感知装置（複数可）の表面への非常に効率的な位置合わせとを提供する。

図３の概略図は、画像化装置７０を示し、符号化を提供して画像化装置を位置合わせする疎の画像５２ａ及び５２ｂと、表面輪郭をマップする１つ以上の密のマルチライン画像の両方を投影して取り込む。制御ロジックプロセッサ８０、又は他の種類のコンピュータは、照明アレイ１０及び画像センサアレイ３０の動作を制御する。歯２２から等の表面２０からの画像データは、画像センサアレイ３０から取得され、メモリ７２に格納される。制御ロジックプロセッサ８０は受信した画像データを処理し、マッピングをメモリ７２に格納する。メモリ７２から得られた画像は、その後、ディスプレイ７４に必要に応じて表示される。更にメモリ７２は、ディスプレイバッファを含むことができる。加速度計等の任意選択のモーションセンサ６０は、照明投影中に運動の検出を可能にし得る。

表面輪郭特徴付けのための特定の例示的な方法及び／又は画像化装置の実施形態は、繰り返しライン又は他のパターン照明特徴を有する光のパターンを投影して検出するにあたって、繰り返し照明特徴の中心座標が明確に識別されて位置合わせされ、各照明特徴の光源が識別されることの様々な問題に対処する。歯の特定の幾何学的形状はこの作業を非常に複雑にする。いくつかの投影されたストライプ又は他の投影された照明特徴は、特定のカメラ角度では知覚され得ず、又は説明されなければならない断片に分割される。各投影されたストライプは識別タグ又はラベルを有し得るが、可能なラベルの数は限られる。深さ範囲の中心からの任意の所与の投影された光のラインの位置は、その深さ範囲の終わりでストライプがどれだけ遠くに移動することができるかに関するデータと共に周知である。２本のストライプが、この決定、又は最大距離移動よりも更に離れると、もはや一意ではない。

符号化方式
画像センサアレイによって検出された照明特徴を照明アレイ上の対応する位置にマッピング又は相関させる際の曖昧さに対処及び／又は排除することができるラベリング方式を提供するために、本開示のいくつかの例示的な実施形態は、シンボル又はラベルを各ラインに関連付ける符号化、及び容易に復号しチェックすることができ、かつ十分なパターン長を有することでラベルの繰り返しが照明特徴の識別に影響を及ぼさないライン間符号化パターンを提供する。

本開示の１つの例示的な実施形態は、組み合わせ数学の熟練者に周知である、デブルーイン（deBruijn）シーケンス等のパターンの表現を可能にする二値符号化を使用する。デブルーインシーケンスは周期的であり、サイズ又は濃度ｍのラベル又は要素の集合を使用し、ここでｍは整数である。デブルーインシーケンスは、ｍ個のラベル又は要素を使用し、ｎ＞ｍ個の一意の位置を形成する。要素又はラベルの集合{Ｒ、Ｇ、Ｂ}に対して、長さ１２の一例は以下のとおりである。
ＲＧＢＲＧＲＢＲＢＧＢＧ

このシーケンスには４つの「Ｂ」ラベル又はシンボルがあるが、左側にＧと右側にＲがあるＢのインスタンスは１つのみである。３つの隣接するシンボルを組み合わせることによって、シーケンス内において一意の位置が識別される。

デブルーインシーケンスは通常、周期的であるように設計されるため、シーケンスが繰り返される場合でさえ一意性は維持される。例えば、２４要素のシーケンスを考える。
ＲＧＢＲＧＲＢＲＢＧＢＧＲＧＢＲＧＲＢＲＢＧＢＧ

２つの同一のデブルーインシーケンスの境界上に存在するトライアドＢＧＲ及びＧＲＧは一意である。１２要素のシーケンスの第１の出現と第２の出現とを識別する方法は未だ必要であるが、境界に対して混乱はない。一般的なデブルーインシーケンスは、位置を識別するために使用されるｇ個のシンボル又はラベルのグループと共に、ｍ個のシンボルと長さｎを有する。本明細書で与えられる基線の説明は、値ｍ＝３、ｎ＝１２、ｇ＝３を使用する。

モノクロ歯科用画像化システム（例えば、モノクロセンサ）は、検出可能な照明状態が１つのみ利用可能であるため、単一フレームの特徴を用いてデブルーインシーケンスを符号化することができず、二値符号化のみが可能になる。必要とされる追加の次元を提供するために、時間シーケンスを用いて符号化を拡張する。フレームの順序付けられたシーケンスを用いることによって、わずか２つの連続する画像フレームを使用すること等、疎のフレーム表現を使用して、ｍ＝３の要素又はラベルの集合を符号化することが可能である。図４を参照して示される疎のフレーム表現の例では、以下の例の符号化が３つのラベルを用いて、使用される。
１、０−Ｒ
０、１−Ｇ
１、１−Ｂ

この符号化シーケンスでは、２つの疎画像フレームは３つのシンボルの符号化を可能にするのに十分である。追加の疎画像フレームを用いて、拡張数のシンボル又はラベルを符号化し得ることに留意すべきである。例えば、３つの疎画像フレームは、以下のように（２^３−１）＝７までのシンボルの集合、例えば以下の使用を符号化できるであろう。
｛Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ｝

本開示の複数の例示的な実施形態で使用される疎の符号化方式に関して、０、０（又は０、０、０）符号化に対して要素は定義されない。それぞれの離隔した符号化位置に対して、２つ以上の疎の照明フレームのシーケンスは、少なくとも１つの光のライン又は他の照明特徴を投影しなければならない。

例として、図４は、直列に投影された２つの疎フレームＦ１及びＦ２のシーケンスを示し、例の符号化ＲＧＢＲＧＲＢＲＢＲを提供し、上記のように所定の位置に符号化された要素又はラベルＲ、Ｇ、Ｂを有する。破線は、疎フレームの一部として投影されていない省略されたライン又は照明特徴を、二値「０」を提供して示し、実線は 「１」を示す。各位置に関して、第１又は第２の疎フレームＦ１とＦ２の少なくとも一方に「１」がある必要がある。より一般的に言えば、この符号化に使用される疎画像フレームＦ１、Ｆ２の集合では、符号化に使用される各ライン又は別の照明特徴は少なくとも一度は出現しなければならない。

フレームＦ１及びＦ２は疎フレームであり、すべての利用可能な位置に、すなわち単位増分ごとにライン又は特徴を含まず、完全充填マルチラインフレームＦ（本開示では密フレームとも呼ばれる）はライン又は特徴を含む。各フレームＦ１及びＦ２において、次隣接照明特徴間の間隔増分は、標準的な間隔単位の整数倍だけ変えることができ、その結果、次隣接ライン間の間隔は、例えば、１、２、３、又はそれ以上の標準単位増分である。

図４では、例示として、疎画像フレームＦ１及びＦ２は、１２要素シーケンスを符号化するラインパターンのみを示す。一般に、ラインパターンの集合は、各画像を水平方向に横断して何度も繰り返され、照明アレイ１０内のすべてのライングループを完全に識別する。密フレームＦ内のラインは、それに対応して、各単位増分位置にラインが配置された状態で、照明アレイ１０全体を水平方向に横断して繰り返される。

投影ライン又は他のパターン要素に関して、マッピングに使用される疎フレームＦ１及びＦ２の各々は、完全充填マルチラインフレームＦの適切な部分集合と見なし得る。すなわち、各疎フレームＦ１は、完全充填である密フレームＦの少なくとも１つの要素又は照明パターンの特徴を省略する。同様に、各疎フレームＦ２は、完全充填フレームＦの少なくとも１つの要素を省略する。疎フレームＦ１及びＦ２の統合は、完全充填又は密フレームＦのすべての要素を含む。

検出器アレイによって感知される画像表面に関して、表面上の第１の位置の部分集合は、第１のシンボルを符号化する第１及び第２の照明パターンの両方からの照明特徴を受け取り、表面上の第２の位置の部分集合は、第２のシンボルを符号化する第１の照明パターンからの照明特徴のみを受け取り、表面上の第３の位置の部分集合は、第３のシンボルを符号化する第２の照明パターンからの照明特徴のみを受け取る。この種類の符号化は、図１を参照して説明したように、照明及び検出器画素を用いた表面位置の有用なマッピングを提供する。

図５は、例示的な完全充填マルチライン画像５４の平面図である。照明特徴８４は、等間隔で離隔され、それらの間の標準距離単位又は単位増分は距離ｄとして示される。照明特徴８４は、１画素幅であることが好ましいが、１つの実施形態では、２つ以上の画素を照明特徴８４のために、又は疎若しくは密フレームにおいて使用し得る。ラインのパターンは表面特徴付けのための１つの有用な種類の照明特徴を提供し、検出されたラインのシフトは表面特徴を決定するために容易に使用され得るため有利であることに留意すべきである。しかしながら、代替の照明特徴を照明パターンとして利用することができ、例えば、曲線、点、整列形状、又は他の適切なパターンである。

符号化の特定
前述のデブルーイン符号化方式は、拡張された非繰り返しシーケンスを提供し得る一意の符号化を提供するための多くの利点を有し得るが、別の符号化シーケンスは、図４を参照して説明した疎フレーム投影と共に使用することができる。一例示的な実施形態において、例えば、感知されたデータの有効な読み取り及び解釈についてのチェックとして、様々な種類の繰り返しパターンを有することが有用であると考えられ得る。

表面特徴付けのためのシーケンス
特定の例示的な方法及び／又は画像化装置の実施形態では、符号化を用いて、図３の画像化装置を視野内の表面特徴に位置合わせするのに役立つ。この正確な位置合わせを考慮すると、次に１つ以上の後続の完全充填フレームを投影して、より完全に詳細な輪郭情報を取得することができる。

図６のロジック流れ図は、表面特徴付けのための一例のシーケンスを示し、図４を参照して説明した疎フレーム及び完全充填フレームを使用することができ、図３の口腔内画像化装置７０において使用され得る。

第１と第２の投影ステップＳ１００とＳ１１０のそれぞれにおいて、疎フレームＦ１及びＦ２は表面上に投影され、画像センサアレイ３０によって検出される（図３）。疎フレームＦ１及びＦ２は、照明ラインの一意識別を伴うマッピングに必要とされるプリセット又は最小数のフレームを提供する。後続の再構成ステップＳ１７０が疎フレームＦ１及びＦ２からのデータに対して実行される場合、比較的低い解像度ではあるが、表面の粗い輪郭を描くことができる。

図６のシーケンスを再び参照すると、第１及び第２の疎フレームの投影後、第１の完全充填又は密フレームを任意選択の投影ステップＳ１４０で投影することができる。この密フレーム内のラインは、疎フレーム内のラインの位置に対して、ラインピッチの半分等、単位増分の一分数だけシフトされ得る。この密フレームと第１及び第２の疎フレームとが再構成ステップＳ１７０で一緒に処理される場合、それらは、密フレームなしで第１及び第２の疎フレームのみを使用して生成されるのと同じ解像度の２倍で表面輪郭を生成し得る。

典型的な用途では、必要とされる解像度に部分的に応じて、更なる完全充填フレームは、任意選択の投影ステップＳ１５０で表面に向かって投影され得る。追加の完全充填フレームが使用される場合、第２及び後続の投影フレームは、好ましくは、ステップＳ１４０の最初の完全充填フレームから、及び互いに位置的にオフセットされ得て、追加の表面内容情報を生成する。例えば、第１の任意選択の密度マルチライン画像フレームＦは＋０．３３ｄだけオフセットされ、第２のフレームは−０．３３ｄだけオフセットされ得る。このようにして、画像解像度における著しい利得は、各追加の完全充填フレームＦの投影で得ることができる。１つの例示的な実施形態では、追加された表面内容情報は、完全充填フレーム間又はマルチラインフレーム間の位置に対する補間によって得ることができる。再構成及び表示ステップＳ１７０では、この処理シーケンスから生成されたコンピュータ化表面輪郭を再構成し表示する。

図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃの概略図は、疎フレーム及び完全充填フレームの例示的なシーケンスを示し、本開示の一実施形態による表面特徴付けのために表面上に投影され得る。各シーケンスは、以下の説明では上から下に向かって進むが、疎フレーム及び密又は完全充填フレームは、任意の適切な順序で投影され得ることに留意すべきである。図７Ａに示されるように、疎フレームＦ１及びＦ２は、疎解像度での表面輪郭マッピングのための最小フレームシーケンスとして投影される。このシーケンスは、輪郭特徴付けが、わずか２つの疎フレームを使用して得られることを示す。

図７Ｂは、完全充填マルチラインフレームＦを追加したフレームシーケンスを示す。密フレームＦでは、密ラインは疎フレームＦ１及びＦ２のライン位置に対して０．５ｄだけシフトされる。ここで、示される３フレームシーケンスは、図７Ａの２つのフレームシーケンスの２倍の解像度で表面輪郭マッピングを提供する。

図７Ｃは、２つの追加の完全充填マルチラインフレームＦ及びＦ’を備える例示的なシーケンスを示す。密マルチラインフレームＦ及びＦ’は、疎フレームＦ１及びＦ２のライン位置からそれぞれ、距離＋０．３３ｄ及び−０．３３ｄだけオフセットされたラインを備えて投影される。この４フレームシーケンスは、図７Ａの２つのフレームシーケンスの３倍の解像度で表面輪郭マッピングを提供する。更なるオフセットされた完全充填フレームもまた、適切なオフセット（例えば、密フレームのグループに対しては１／５、１／４等）で投影され得て、更なる解像度を提供する。

図７Ａ〜図７Ｃに示されるような画像フレームは、任意の順序で表面２０に向けることができ、例えば、最初に完全充填マルチライン画像フレーム（複数可）を送り、続いて疎画像を送ることに留意すべきである。しかしながら、最初に疎画像Ｆ１及びＦ２を提供して手の動きの影響を低減又は最小化することは有用である。

使用されるフレームＦ１、Ｆ２及びＦの任意のシーケンスでは、１つ以上のフレームを繰り返すことに利点があり得る。したがって、例えば、投影された第１のフレームを、シーケンス内の最後のフレームとして繰り返すことに利点があり得る。この配置により、システムロジックは、カメラ位置が患者に対してずれていないことを検証することができ、その結果、輪郭情報は正確さに関して検証され得る。例として、この方法は、図７Ｃに示されるシーケンスの終わりにフレームＦ１を繰り返し、位置データをテストして、過度の位置ずれが生じていないことを検証する。

例として、図８Ａは、照明アレイ１０からの単一行の照明画素３４の一部分を概略的に示し、完全充填マルチライン画像フレームＦの一部分を形成するために付勢されている。この図の遮光画素３４は、付勢されて照明を提供する。複数行の画素を用いて完全画像を形成し、図８Ａには単一行のみを示す。並行表現では、図８Ｂは、照明アレイ１０からの単一行の照明画素３４の一部分を示し、疎画像フレームＦ１を形成するために付勢される。疎画像フレーム（例えば、Ｆ１、Ｆ２）では、同じプリセット又は最小画素間隔が使用されるが、一部のポテンシャル画素は消勢され、表面２０に光を送達しない。

各種類の画像の光強度は同じにすることができるが、異なる画像種類に対して強度を変えることには利点があり得る。強度の適切な調整は、利用可能な場合、例えば、散乱光の影響を減らすのに役立ち得る。

本実施形態でライン又は他の特徴に対して示されたパターン配置は、規則的に離隔されたライン又は他の特徴を提示する。しかしながら、投影された特徴の不均一な分布を有する密パターンを提供することに利点があり得ることを留意すべきである。したがって、例えば、ラインを表面の一部上でより密な間隔にすることができる。特徴が、均等な単位間隔において均一に分布されない場合、疎フレームＦ１及びＦ２はそれに応じて配置され、その結果、疎フレームと密又は完全充填フレームとの間の照明特徴の空間的位置合わせが維持される。密又は完全充填フレームは、疎フレームに見られる1つ以上の特徴を省略してもよい。

有利には、本開示の例示的な方法及び／又は装置の実施形態は、わずか２、３、又は４つのフレームを用いて正確な輪郭特徴付けを可能にする。これは、従来の歯科用構造光技術とは対照的であり、従来の技術は、単一のスキャナ位置からの歯の正確な表面特徴付けを提供するために５つ以上の個々のフレームの光パターンを必要とする。本開示の様々な例示的な実施形態を用いることで、表面画像化コンテンツを迅速に取得することが可能になる。粗い解像度では、わずか２つの疎フレームを用いて表面画像データを取得することができる。

本明細書の例示的な実施形態と一致して、コンピュータプログラムは、格納された命令を使用して、電子メモリからアクセスされる画像データに対して実行することができる。画像処理分野の当業者には理解されるように、本出願の例示的な実施形態において画像化システム及びプローブを動作させ、画像データを取得するためのコンピュータプログラムは、本明細書に記載の制御ロジックプロセッサとして動作する適切な汎用コンピュータシステムによって利用することができ、パーソナルコンピュータ又はワークステーション等である。しかしながら、多くの別の種類のコンピュータシステムを用いて、本発明のコンピュータプログラムを実行することができ、例えばネットワークプロセッサの配置を含む。例示的な方法の実施形態を実行するためのコンピュータプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体に格納することができる。この媒体は、例えば、ハードドライブ等の磁気ディスク、リムーバブルデバイス、磁気テープ等の磁気記憶媒体と、光ディスク、光テープ、又は機械可読光符号化等の光記憶媒体と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又は読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）等のソリッドステート電子記憶装置と、コンピュータプログラムを格納するために使用されるその他の物理的装置又は媒体とを含んでもよい。例示的な方法の実施形態を実行するためのコンピュータプログラムは、インターネット又は他のネットワーク又は通信媒体を介して画像プロセッサに接続されるコンピュータ可読記憶媒体にも格納され得る。当業者であれば、そのようなコンピュータプログラム製品と同等のものもハードウェアに構成され得ることを容易に理解するであろう。

本出願の文脈において「コンピュータアクセス可能なメモリ」と同等の用語「メモリ」は、任意の種類の一時的又はより持続的なデータ格納ワークスペースを指すことができ、画像データを格納及び操作するために使用され、コンピュータシステムにアクセス可能であり、例えばデータベースが挙げられる。メモリは、不揮発性であり得て、例えば、磁気記憶装置又は光学記憶装置等の長期記憶媒体を用いる。代替的に、メモリは、より揮発性とすることができ、マイクロプロセッサ又は他の制御ロジックプロセッサ装置によって一時的バッファ又はワークスペースとして使用されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等の電子回路を使用する。例えば、表示データは、典型的には表示装置と直接関連する一時的記憶バッファに格納され、表示されたデータを提供するために必要に応じて周期的にリフレッシュされる。更に、この一時的記憶バッファは、この用語が本出願で用いられる場合は、一種のメモリと見なされる。メモリは、データワークスペースとしても使用され、計算及び他の処理の中間結果及び最終結果を実行及び格納する。コンピュータアクセス可能メモリは、揮発性、不揮発性、又は揮発性タイプと不揮発性タイプのハイブリッドの組み合わせとし得る。

本出願のコンピュータプログラム製品は、よく知られている様々な画像操作アルゴリズム及びプロセスを利用し得ることが理解されよう。本出願のコンピュータプログラム製品の例示的な実施形態は、実装に有用である、本明細書に具体的に図示又は記載されていないアルゴリズム及びプロセスを具体化し得ることがさらに理解されるであろう。そのようなアルゴリズム及びプロセスは、画像処理分野の通常の技術の範囲内である従来の有用性を含み得る。そのようなアルゴリズム及びシステムの更なる態様、並びに画像を生成及びその他の方法で処理するための、あるいは本出願のコンピュータプログラム製品の例示的な実施形態と協働するためのハードウェア及び／又はソフトウェアは、本明細書では具体的に示されず、又は説明されず、そして当技術分野で周知であるそのようなアルゴリズム、システム、ハードウェア、構成要素、及び要素から選択してもよい。

本出願による特定の例示的な歯科用方法及び／又は装置の実施形態は、わずか２、３、又は４つのフレームの構造光を使用して正確な歯列輪郭特徴付けを可能にし得る。例示的な実施形態では、シンボルのシーケンスは２つの疎フレームで符号化することができ、密非符号化フレームと共に使用され、密非符号化フレームは疎フレームから画素分数ピッチだけシフトされる。本開示の実施形態は歯科用画像化装置を用いて例示されるが、同様の原理は、別の種類の診断用画像化及び他の解剖学的構造に対しても適用され得る。本出願による例示的な実施形態は、本明細書に記載される様々な特徴を（個別に又は組み合わせて）含み得る。

本発明は１つ以上の実装に関して例示されているが、変更及び／又は修正を、添付の特許請求の趣旨及び範囲から逸脱することなく、示された例に対して加えることができる。更に、本発明の特定の特徴は、いくつかの実装／実施形態のうちの１つのみに対して開示され得るが、そのような特徴は、他の実装／実施形態のうちの１つ以上の別の特徴と組み合わせることができ、任意の所与の又は特定の機能に対して所望されて有利であり得る。用語「少なくとも１つ」は、列挙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る。「約」という用語は、変更が例示の実施形態に対するプロセス又は構造の不適合をもたらさない限り、列挙された値が幾分変更され得ることを示す。最後に、「例示的」は、それが理想であることを意味するのではなく、説明が一例として使用されることを示す。本発明の別の実施形態は、本明細書の考察及び本明細書に開示された本発明の実用から当業者には明らかであろう。本明細書及び例は例示としてのみ考慮されることを意図しており、本発明の真の範囲及び趣旨は少なくとも以下の特許請求の範囲によって示される。

Claims (17)

1. 画像化検出器を表面に位置合わせするための、少なくとも部分的にコンピュータ上で実行される方法であって、
   前記表面の一部分に、第１のラインの疎パターン及び後続する第２のラインの疎パターンを含むシーケンスを投影して記録するステップであって、前記表面の第１の位置の部分集合は第１のラベルに対応する第１及び第２の疎パターンの両方からのラインによって照明され、前記表面の第２の位置の部分集合は第２のラベルに対応する前記第１の疎パターンからのラインのみによって照明され、そして前記表面の第３の位置の部分集合は第３のラベルに対応する前記第２の疎パターンからのラインのみによって照明されるステップと、
   前記表面位置からの前記第１、第２及び第３のラベルを復号し、前記第１、第２及び第３の位置の部分集合の各メンバ要素を前記復号されたラベルに従って前記画像化検出器に位置合わせするステップと、
   前記復号されたラベルの位置合わせされたメンバ要素と位置的に相関される１つ以上のラインの密パターンを投影して記録するステップと、
   前記記録されたパターンに従って前記表面輪郭の画像を形成して表示するステップと、
   を含む、画像化検出器を表面に位置合わせするための方法。
2. 所定のラベルのパターンに従って前記復号するステップを検証し、前記検証が失敗した場合に前記第１及び第２の疎パターンのうちの少なくとも１つの前記投影を繰り返すステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ラベルはデブルーインシーケンスとして配置される、請求項１に記載の方法。
4. パターン投影の間に運動を検出するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 投影して記録するステップは携帯式画像化装置を用いて実行される、請求項１に記載の方法。
6. 前記表面輪郭画像を格納、又は伝達するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記密パターンの前記ラインは均一に離隔されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１のラインの疎パターン又は前記第２のラインの疎パターンのいずれかの投影を繰り返し、前記第１、第２及び第３のラベルのうちの１つ以上の前記復号を検証するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. １つ以上のラインの密パターンの投影を繰り返し、前記復号されたラベルの位置合わせされたメンバ要素との前記位置的相関を検証するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
10. １つ以上の前記投影された密パターンは前記疎パターン内のラベル間の最短増分距離の半分だけ前記ラインの疎パターンから位置的にオフセットされる、請求項１に記載の方法。
11. 画像化検出器を表面に位置合わせするための、少なくとも部分的にコンピュータ上で実行される方法であって、
    前記表面の第１の部分に、第１の照明特徴のパターンを含む第１のマッピング画像フレーム及び後続する第２の照明特徴のパターンを含む照明特徴の第２のマッピング画像フレームを投影するステップであって、
    前記表面の第１の位置の部分集合は第１のラベルを符号化する第１及び第２の照明パターンの両方から照明特徴を受け取り、前記表面の第２の位置の部分集合は第２のラベルを符号化する前記第１の照明パターンからの照明特徴のみを受け取り、そして前記表面の第３の位置の部分集合は第３のラベルを符号化する前記第２の照明パターンからの照明特徴のみを受け取るステップと、
    前記表面からの前記第１、第２及び第３のラベルを復号し、前記第１、第２及び第３の位置の部分集合の各メンバ要素を前記復号されたラベルに従って前記画像化検出器に位置合わせするステップと、
    前記表面の前記第１の部分上に、第３の離隔特徴の照明パターンであって、前記第１及び第２の照明パターン並びに復号されたラベルと相関する第３の離隔特徴の照明パターンを有する第３の画像フレームを投影して記録するステップと、
    前記第１、第２及び第３画像フレームから前記記録された照明パターンに従って前記表面輪郭の画像を形成して表示するステップと、
    を含む、画像化検出器を表面に位置合わせするための方法。
12. 前記離隔特徴は均一に離隔される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記表面の前記第１の部分から、前記第３の画像フレームの前記均一に離隔された特徴間の前記距離より短い距離だけオフセットされる位置に前記第３の画像フレームを投影するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第３の画像フレームを投影する前に前記復号を検証するステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記第３の画像フレームを投影した後に前記第１又は第２のマッピング画像フレームのいずれかを再投影するステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
16. 歯科用口腔内画像化装置であって、
    ３つのシンボルの集合及び各シンボルの疎符号化を、ある位置での各シンボルを前記同じ位置に１〜２回、光のラインを投影することによって表す２間隔時間シーケンスに従って定義するための符号化手段と、
    照明画素アレイ上の画素をセンサアレイ上の対応する画素に相関させる手段であって、前記照明アレイ画素から前記センサアレイ画素へ向けられた光を、２つの連続する疎の光のフレーム内における前記シンボルの集合の一連の組み合わせを符号化する照明シーケンスの一部として順次投影して記録することによって相関させる手段と、
    前記照明画素アレイから離隔された１つ以上の光のラインの密フレームを投影して記録することによって前記表面を特徴付ける手段であって、前記密フレームは前記疎フレームに位置的に位置合わせされ、各密フレームは前記疎の光のフレームのうちの少なくとも１つにはない光のラインを含むことを特徴とする手段と、
    前記２つの連続する疎フレームと１つ以上の密フレームとからの前記記録されたパターンに従って前記表面輪郭の画像を形成するための手段と、
    を含む、歯科用口腔内画像化装置。
17. 前記疎フレーム内で第１の光のラインと前記第１の光のラインに次隣接する第２の光のラインとの間の間隔は、前記第２の光のラインと前記第２の光のラインに次隣接する第３の光のラインとの間の前記間隔の２倍以上であり、前記照明画素アレイからの前記離隔された光のラインの密フレームは均一に離隔されることを特徴とする、請求項１６に記載の歯科用口腔内画像化装置。

Images