JP4287646B2

JP4287646B2 - 画像読取装置

Info

Publication number: JP4287646B2
Application number: JP2002376913A
Authority: JP
Inventors: 貞行松宮; 正道鈴木; 守桑島; 守安田
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: US20040136580A1; EP1434028A1; JP2004202069A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読取装置に関する。例えば、読取対象を一部分ずつ撮像した後、この部分の画像を合成して読取対象の全体画像を得る画像読取装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
歯科医療における画像利用としては、従来、レントゲン写真が広く利用されてきた。近年では、デジタルカメラや小型ＣＣＤカメラが患者への説明用に利用されはじめている。例えば、来診者の歯列を撮影して、撮影した画像をもとに症状分析の他、患者への説明などを行うことが例示される。
このような歯列画像の撮影装置として、実公平６−２８８５９号公報にて開示されるものがある。この撮影装置は、ハンドホルダに、イメージセンサを配置するとともに、そのイメージセンサを中心に光ファイバをリング状に配した構成である。
【０００３】
【特許文献１】
実公平６−２８８５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の撮影装置では、治療の対象となる歯を部分的に撮影しているのみであり、歯列全体を撮影するものではないため、治療部位の把握や、治療部位と正常部位との関係を把握できないという問題があった。
もちろん、歯列を一部分ずつ撮影して、この部分ごとの画像を繋ぎ合わせて一枚の合成画像とすることは理論的には一見可能であるように思われる。しかしながら、部分ごとに撮影した画像では、画像ごとに倍率が異なるものであるため、単純に貼り合わせることはできないという問題がある。
あるいは、倍率を低くして撮影対象の全体を一枚の画像として撮影することも考えられる。しかしながら、歯列側面のように、前面に対して右側面、左側面といったように撮影対象が曲面を描いている場合には、部分ごとに撮影せざるを得ない場合がある。すると、部分ごとに撮影した画像を貼り合わせることができない場合、歯列全体の画像を得ることが不可能であるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、読取対象を一部分ずつ撮像した後、部分画像を正確に合成して読取対象の全体画像を得ることができる画像読取装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の画像読取装置は、読取対象としての歯列外側面の一部分を部分画像として一部分ずつ撮像する撮像手段と、前記撮像手段から前記読取対象までの距離を撮像距離として測定する撮像距離測定手段と、前記部分画像およびこの部分画像を撮像した際の前記撮像距離を記憶する記憶手段と、前記撮像距離に基づいて総ての前記部分画像の撮像倍率を等倍に変換する撮像倍率変換手段と、前記部分画像の複数を合成した合成画像を作成する画像合成手段と、基端が固定部に固定されるとともに、前記撮像手段を前記固定部に対して三次元的に変位可能かつ任意の平面に対して起伏可能に保持し、前記撮像手段を前記読取対象の周囲全体にわたって移動させる可動保持手段と、前記読取対象に対して前記撮像手段の光軸がなす角度を撮像角として測定する撮像角測定手段と、前記撮像角測定手段にて測定された前記撮像角を表示する表示手段と、を具備したことを特徴とする。
【０００７】
このような構成において、撮像手段で撮像した部分画像を画像合成手段で合成すれば読取対象の全体の合成画像を得ることができる。しかし、部分画像がそれぞれ異なる倍率で撮像されていた場合、異なる倍率の部分画像を単純に貼り合せることはできない。
そこで、撮像距離測定手段にて、撮像手段から読取対象までの距離を測定する。すなわち、撮像手段のレンズから読取対象までの距離を求める。すると、撮像距離に基づいて撮像倍率を求めることができる。例えば、撮像手段のレンズ特性に基づいて決定される焦点距離等から撮像距離と結像距離との関係などが特定されるので、撮像距離と結像距離との比から撮像倍率を求めることができる。
それぞれの部分画像について撮像距離から撮像倍率を求めることができるので、撮像倍率変換手段により部分画像の撮像倍率を総て等しく変換すれば、部分画像を貼り合わせて読取対象の全体画像を得ることができる。
また、撮像手段は、可動保持手段に支持された状態で、三次元的に移動され、また、起伏される。撮像手段を可動保持手段で保持することにより、撮像者が撮像手段を持ちながら撮像する必要はない。また、可動支持手段で撮像手段を支持することにより、撮像中の撮像手段の位置が固定され、画像がぶれることなく正確に撮像される。
さらに、読取対象を部分画像に分けて撮像したのちにこの部分画像を貼り合わせて全体画像を得るところ、すべての部分画像について撮像角が一定であることが好ましい。撮像角がそれぞれの部分画像について異なっていては部分画像が互いに整合せず、合成画像が見た目に不自然であるだけではなく、不正確となる。できれば、読取対象に対して常に正対して部分画像を撮像することが好ましい。
ここで、読取対象が平面的であれば、単純に撮像手段を平行に移動させればよいので、撮像角が部分画像ごとに異なる可能性は少ない。しかし、読取対象が曲面を有する形状であった場合には、撮像手段と読取対象との角度を合わせることは困難となる。
そこで、撮像角測定手段にて撮像角が測定され、測定された撮像角が表示手段に表示される。すると、撮像者は、表示された撮像角に基づいて、撮像手段と読取対象との撮像角が常に一定になるように部分画像を撮像することができる。
よって、部分画像同士が互いに整合し、その結果、正確な合成画像を得ることができる。
ここで、可動支持手段の変位量あるいは起伏量から撮像手段の変位量や起伏を正確に得ることができる。すなわち、可動支持手段の変位あるいは起伏を測定する手段としてセンサ等を設けることにより、前述した座標位置測定手段や撮像角測定手段を構成することができる。すなわち、可動支持手段により、撮像手段を読取対象の周囲にわたって移動させるとともに、撮像中は固定し、撮像する際の撮像距離や撮像角を測ることができる。その結果、部分画像を適切に取得でき、正確な合成画像を得ることができる。
また、読取対象としての歯列外側面は、曲面を描いているため、全体画像を得るためには、部分ごとに撮像して部分画像を貼り合わせざるを得ないが、本発明の画像読取装置によれば、歯列外側面を部分画像に分けて撮像したのち、この部分画像を貼り合わせて合成画像を得ることができる。その結果、撮影した画像をもとに症状分析の他、患者への説明などを行うことができる。
【０００８】
請求項２に記載の画像読取装置は、請求項１に記載の画像読取装置において、前記固定部に対する前記撮像手段の座標位置を測定する座標測定手段と、前記座標測定手段にて測定された前記座標位置を表示する表示手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
読取対象を部分画像に分けて撮像したのちにこの部分画像を貼り合わせて全体画像を得るところ、部分画像は、読取対象の全体を隙間無く撮像していることが好ましいはもちろんである。さらには、部分画像は互いに重なる領域を有するように撮像されていることが好ましい。部分画像がお互いに重なる領域を有していれば、この互いに重複した部分を重ねるように貼り合わせることで合成画像を得ることができるからである。すなわち、現在撮像している部分画像の領域を特定できる情報が撮像者に与えられなければならない。
【００１０】
そこで、座標測定手段により、撮像手段の位置が測定され、この測定された位置は表示手段で表示される。すると、撮像者は、表示された座標位置に基づいて、部分画像の領域を特定することができる。よって、読取対象を隙間なく撮像することができ、さらには、互いに部分画像同士が重なる領域を有するように撮像することができる。その結果、部分画像を貼り合わせて全体画像を得ることができる。
【００１４】
請求項４に記載の画像読取装置は、請求項１ないし請求項３に記載の画像読取装置において、前記画像合成手段は、複数の前記部分画像のうち互いに重複する領域を求め、前記重複する領域を重ねて前記部分画像から前記合成画像を合成することを特徴とする。
このような構成によれば、画像合成手段により、部分画像の互いに重なる領域を重ねるように貼り合わせることで合成画像を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１に、本発明の画像読取装置にかかる一実施形態として歯列画像読取装置を示す。
この歯列画像読取装置１は、読取対象である歯列外側面を撮像する撮像手段としてのデジタルカメラ２と、デジタルカメラ２を支持する可動支持手段としての可動アーム３と、画像処理を行うコンピュータユニット４とを備えて構成されている。
【００２２】
デジタルカメラ２は、歯列外側面の一部分を部分画像として撮像し、撮像した画像は電子データとしてコンピュータユニット４に出力する（撮像工程）。例えば、図２に示されるように、デジタルカメラ２は、歯列外側面を部分ごとに撮像する。この際、部分画像は、隣り合う部分画像同士が重複する領域を含んでいるように撮像されることが好ましい（図２あるいは図６参照）。また、デジタルカメラ２の光軸Ａと歯列とがなす角（撮像角）は各部分画像において等しいことが好ましい。このような部分画像の撮像の仕方については後述する。
【００２３】
デジタルカメラ２には、デジタルカメラ２から歯列までの距離を撮像距離として測定する撮像距離測定手段としての距離センサ２１が設けられている。
距離センサ２１は、図３に示すように、レーザー光源２１１と、歯列からの反射光を受光する二次元ＣＣＤ変位センサ２１２とを備えて構成されている。レーザー光源２１１は、歯列に向かってラインビームを発射する。ラインビームは、デジタルカメラ２の光軸Ａに対して僅かに角度を有して発射される。ＣＣＤ変位センサ２１２は、歯列からの反射光を受光するともに、その受光位置を認識する二次元変位センサである。なお、受光位置の認識においては、ラインビームの受光内において変位を平均化する。そして、レーザービームの発射角度と受光位置とからレーザー光源２１１と歯列との距離を所定の演算回路にて計算して求める。求められた撮像距離は、コンピュータユニット４に出力される。
【００２４】
可動アーム３は、固定部に固定された基端部３１と、三次元に任意の角度に変位自在の自在継手３２（ユニバーサルジョイント）を介して基端部３１に連結された第１支持軸３３と、第１支持軸３３を含む一平面内にて揺動可能な揺動関節３４を介して第１支持軸３３に連結された第２支持軸３５と、第２支持軸３５の先端に設けられデジタルカメラ２を起伏可能に保持する保持部３６とを備えて構成されている。自在継手３２としては、球関節の他、屈曲部と回転部とを組み合わせてなる関節部であってもよい。。
自在継手３２、揺動関節３４、保持部３６は、一定以上の負荷により変位するが、無負荷状態では現状の変位を維持するものである。
自在継手３２、揺動関節３４および保持部３６には、屈曲量あるいは回転量を検出するセンサ（座標測定手段）がそれぞれ設けられている。これらセンサによる検出により、デジタルカメラ２の座標位置が固定部を基準位置として測定される。
また、保持部３６には起伏角を測定するセンサ（撮像角測定手段）が設けられ、保持部３６における起伏角が測定される。そして、歯列外側面の法線方向を予め設定しておくことで、起伏角に基づいて歯列外側面とデジタルカメラ２の光軸Ａとがなす撮像角が測定される。
測定された座標位置および撮像角は、コンピュータユニット４に出力される。
このような構成からなる可動アーム３の保持部３６にてデジタルカメラ２を保持し、デジタルカメラ２を読取対象である歯列外側面の周囲に渡って移動させる。
【００２５】
コンピュータユニット４は、表示部４２と制御部４３とを備えて構成されている。また、コンピュータユニット４にはインターフェース４１が設けられ、デジタルカメラ２からの画像や、座標位置、撮像距離、撮像角などのデータはこのインターフェース４１を介してコンピュータユニット４に入力される。
図４に、制御部４３の機能ブロック図を示す。制御部４３は、記憶手段としてのメモリ４４と、撮像倍率変換手段４５と、画像合成手段４６と、中央処理装置（ＣＰＵ）４７とを備えて構成されている。
メモリ４４は、デジタルカメラ２で撮像された部分画像と、この部分画像が撮像された際の撮像距離とをセットで記憶する。
【００２６】
撮像倍率変換手段４５は、すべての部分画像の撮像倍率を等しく変換する（撮像倍率変換工程）。ここで、撮像倍率の変換について説明する。
図５に示すように、デジタルカメラ２のレンズ２２から歯列までの距離（撮像距離）をＬとする。また、レンズ２２から結像までの距離（結像距離）をｂとする（図５（Ａ）参照）。すると、撮像倍率ｍは、ｍ＝ｂ／Ｌで表される。一方、レンズ２２の焦点距離をｆで表すと、一般に（１／Ｌ）−（１／ｂ）＝１／ｆの関係式が成立つ。
よって、撮像倍率ｍについて、
ｍ＝ｂ／Ｌ＝ｆ／（Ｌ＋ｆ）
が成立つ。すなわち、撮像倍率は、撮像距離Ｌと焦点距離ｆとで定まる値である。そこで、撮像された部分画像についての撮像距離Ｌから撮像倍率ｍを計算する。そして、部分画像に対して（１／ｍ）を乗算することにより、原寸の画像を得ることができる。すなわち、
（原寸画像）＝（部分画像）×１／ｍ
である。
撮像倍率変換手段４５は、メモリ４４に記憶された部分画像とこの部分画像についての撮像距離とを読み出す。撮像距離から撮像倍率を算出し、この撮像倍率から部分画像を原寸に変換した原寸画像を作成する（図５（Ｂ）参照）。
【００２７】
画像合成手段４６は、撮像倍率変換手段４５で原寸に変換された部分画像を貼り合わせて歯列外側面全体の合成画像を作成する（図６参照）。
画像合成手段４６は、まず、原寸に変換された部分画像を互いに対比して、重複した領域を求める工程を行う（重複領域抽出工程）。次に、重複した領域を重ねて部分画像を貼り合わせて、合成画像を作成する（画像合成工程）。
【００２８】
表示部４２は、各種データおよび画像を表示する。表示部４２で表示されるデータとしては、デジタルカメラ２の座標位置、撮像角、撮像距離などである。また、表示部４２では、合成された歯列外側面全体の合成画像を表示することはもちろん、各部分画像も表示される。
表示部４２には、デジタルカメラ２の座標位置がリアルタイムで表示される。撮像を行う撮像者は、この表示部４２に表示される座標位置からデジタルカメラ２で撮像される部分画像の領域を推定し、隣り合う部分画像が互いに重複する領域を有するように各部分画像の撮像を行う。
あるいは、表示部４２に以前に撮像した部分画像を表示させ、新たに撮像した部分画像と比較して、以前の部分画像と新たな部分画像とが重複した領域を有しているかを判断しながら部分画像の撮像を行う。
また、表示部４２には、撮像角がリアルタイムで表示される。撮像者は、表示部４２に表示される撮像角を見ながら、撮像角が総ての部分画像で一定になるようにデジタルカメラ２の起伏角等を調整しつつ部分画像の撮像を行う。
【００２９】
このような構成からなる歯列画像読取装置１の使用および動作について説明する。
まず、歯列画像を撮影する対象者をデジタルカメラ２の前に座らせる。このとき、読取対象である歯列外側面の法線が水平方向であることが好ましい。すなわち、対象者の顔がまっすぐ前を向いていて、デジタルカメラ２の光軸Ａを水平方向にしたときに、デジタルカメラ２と歯列外側面とが正対する状態となることが好ましい。
【００３０】
この状態で、可動アーム３の保持部３６にデジタルカメラ２を取り付ける。次に、デジタルカメラ２を歯列外側面に近づけて、凡そ歯列外側面から数ｃｍ〜数１０ｃｍ程度の距離で歯列外側面の部分画像を撮像する。この際、表示部４２に表示される撮像角が水平を示す略０度であることが好ましい。すると、デジタルカメラ２と歯列外側面とが正対した状態で部分画像が撮像される。
順次、撮像の領域をずらしながら歯列外側面の一部分を部分画像として撮像するが、このとき、互いに隣り合う部分画像が互いに重複した領域を有するように撮像していく。
撮像された部分画像は、撮像距離とともにメモリ４４に記憶されていく。
メモリ４４で記憶された部分画像は、撮像倍率変換手段４５により倍率が変換され、例えば原寸の大きさに変換される。倍率変換されたのち、画像合成手段４６により、部分画像が合成されて合成画像が作成される。
【００３１】
以上、このような構成から成る歯列画像読取装置１によれば次の効果を奏することができる。
（１）撮像距離測定手段２１が設けられているので、デジタルカメラ２から歯列までの距離を測定することができる。よって、撮像距離から部分画像の撮像倍率を知ることができる。撮像倍率を求めることができるので、撮像倍率変換手段４５により部分画像の撮像倍率を総て等しく変換することにより、部分画像を貼り合わせて歯列の全体画像を得ることができる。
【００３２】
（２）可動アーム３には、センサが設けられ、デジタルカメラ２の座標位置、あるいは撮像角としての起伏角が測定され、表示部４２に表示される。撮像者は、表示された座標位置に基づいて、部分画像の領域を特定することができる。よって、歯列を隙間なく撮像することができ、さらには、互いに部分画像同士が重なる領域を有するように撮像することができる。その結果、部分画像を貼り合わせて全体画像を得ることができる。
また、撮像角（起伏角）が表示されるので、この撮像角を一定とするようにデジタルカメラ２の起伏を調整することができる。
【００３３】
（３）可動アーム３にて、デジタルカメラ２を保持するので、撮像者がデジタルカメラ２を保持する必要がない。すると、撮像中にデジタルカメラ２がぶれることがないので、鮮明な画像を得ることができる。
（４）部分ごとに撮像した部分画像を合成して全体画像を得ることができるので、歯列外側面のように曲面を有する形状であっても、部分ごとに撮像した部分画像を合成することで全体の画像を得ることができる。
【００３４】
尚、本発明の画像読取装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
撮像手段としては、特にデジタルカメラ２に限られるものではなく、種種の撮像装置を用いることができる。フィルム現像式のカメラでもよいが、デジタル画像として撮像できるデジタル撮像装置であれば画像合成などの画像処理を電子的に行うことができるなど優れた利点がある。
【００３５】
撮像距離測定手段としては上記実施形態の距離センサ２１に限られず、種種の非接触型の距離センサを利用することができる。例えば、レーザービームを発射して、このレーザービームが対象物に当たって帰って来るまでの往復の時間から距離を求めてもよい。なお、距離センサの測定精度は高いに越したことはないが、撮像手段の焦点深度程度の測定精度であればよい。
【００３６】
撮像角測定手段は、デジタルカメラ２の起伏角を撮像角として測定するものとしたが、さらに、デジタルカメラ２の左右への首振り角度を測定してもよい。
可動アーム３は、上記実施形態に、限られるものではなく、デジタルカメラ２を移動可能に保持できるものであればよい。
【００３７】
デジタルカメラ２は、可動アーム３に保持された状態で撮像者が可動アーム３やデジタルカメラ２を実際に持って動かしてもよいが、例えば、可動アーム３の自在継手３２、揺動関節３４、保持部３６に駆動手段として例えばモータを内蔵して、コンピュータユニット４に入力した座標位置、撮像角に従ってモータが駆動されてデジタルカメラ２の位置や角度を自動で調整するようにしてもよい。さらに、デジタルカメラ２の座標位置や撮像角は予め設定されていてもよい。このような構成によれば、撮像者が座標位置や撮像角を逐次確認して調整する必要がないので撮像が簡便である。また、部分画像同士が互いに適切な領域を重複するように座標位置等を設定入力しておけば、失敗することなく確実に合成画像を得ることができる。
【００３８】
撮像倍率変換手段は、撮像した部分画像を原寸のサイズに変換するものとして説明したが、この倍率の変換率が場合に応じて種種の変換率に設定されてもよいことはもちろんである。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の画像読取装置によれば、読取対象を一部分ずつ撮像した後、部分画像を正確に合成して読取対象の全体画像を得ることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像読取装置にかかる一実施形態として歯列画像読取装置を示す図である。
【図２】前記実施形態において、部分画像を撮像する例を示す図である。
【図３】前記実施形態において、レーザー光源と二次元ＣＣＤセンサとを利用して距離を測定する距離センサを示す図である。
【図４】前記実施形態において、制御部の構成を示す図である。
【図５】（Ａ）撮像距離と結像距離との関係を示す図である。（Ｂ）撮像した画像と、倍率変換した画像とを示す図である。
【図６】部分画像を合成して全体画像を得る様子を示す図である。
【符号の説明】
１歯列画像読取装置（画像読取装置）
２デジタルカメラ（撮像手段）
３可動アーム
４コンピュータユニット
２１距離センサ（撮像距離測定手段）
４２表示部
４３制御部
４４メモリ（記憶手段）
４５撮像倍率変換手段
４６画像合成手段

Claims

読取対象としての歯列外側面の一部分を部分画像として一部分ずつ撮像する撮像手段と、
前記撮像手段から前記読取対象までの前記撮像手段の光軸方向における距離を撮像距離として測定する撮像距離測定手段と、
前記部分画像およびこの部分画像を撮像した際の前記撮像距離を記憶する記憶手段と、
前記撮像距離に基づいて総ての前記部分画像の撮像倍率を等倍に変換する撮像倍率変換手段と、
前記部分画像の複数を合成した合成画像を作成する画像合成手段と、
基端が固定部に固定されるとともに、前記撮像手段を前記固定部に対して三次元的に変位可能かつ任意の平面に対して起伏可能に保持し、前記撮像手段を前記読取対象の周囲全体にわたって移動させる可動保持手段と、
前記読取対象に対して前記撮像手段の光軸がなす角度を撮像角として測定する撮像角測定手段と、
前記撮像角測定手段にて測定された前記撮像角を表示する表示手段と、
を具備した
ことを特徴とした画像読取装置。
請求項１に記載の画像読取装置において、
前記固定部に対する前記撮像手段の座標位置を測定する座標測定手段と、
前記座標測定手段にて測定された前記座標位置を表示する表示手段と、
を備えていることを特徴とする画像読取装置。
請求項１または請求項２に記載の画像読取装置において、
前記画像合成手段は、複数の前記部分画像のうち互いに重複する領域を求め、前記重複する領域を重ねて前記部分画像から前記合成画像を合成する
ことを特徴とした画像読取装置。