JP6681141B2 - 口腔内を三次元測定する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は口腔内を三次元光学測定する装置、および口腔内カメラを用いて口腔内を三次元光学測定する方法に関し、このカメラは二次元写真を迅速に時系列で生成し、測定カメラの少なくとも１つの二次元写真から１つの三次元画像が生成される。第１運転モードにおいて、生成された全ての二次元写真もしくは生成された全てのシーケンスの多くから三次元全体画像が生成される。

口腔内三次元測定カメラの異なる方式が知られている。

口腔内三次元測定カメラの第１の方式は、ｔｍ‐Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ Ｍｅｓｓｅｎ ６３（１９９６）６，２５４〜２６０頁から知られているように、同一視点からの対象物の複数の写真に基づいて三次元画像を生成する。すなわち、この方式のカメラは複数の写真を検出するためにある程度の時間が必要であり、その間、可能な限り静止状態を維持しなければならない。

これはユーザーに高度の要求を課すことになる。ぼやけによって写真が使用できない場合や測定を幾度も繰り返さなければならない事態が生じる。

口腔内三次元測定カメラの第２の方式は、本出願人の社内文献、Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｂｕｎｎ著「Ｄｉｅ Ｌｅｉｃｈｔｉｇｋｅｉｔ ｄｅｓ Ｓｃａｎｎｅｎｓ」ＣＡＤ／ＣＡＭ ｉｎ Ｐｒａｘｉｓ ｕｎｄ Ｌａｂｏｒ（２０１２）の中に書かれているように、唯一の写真に基づいて三次元画像を生成する。従って、少なくとも、唯一の写真が例えば１秒以下で十分迅速に撮影される場合、カメラの静止は必要でない。これにより、動きながら撮影することが可能になるため、カメラの視野よりも広い領域の連続測定が可能になる。そのために、カメラは測定する領域の上をゆっくりと動き、連続的な個別写真が生成される。次に、それぞれ個々の写真から三次元画像を生成することができ、生成された三次元画像を合成して領域全体の三次元画像にすることができる。

口腔内三次元測定カメラの第３の方式は、社内文献３、Ｓｈａｐｅ Ａ／Ｓ，Ｊａｎ Ｂｊｏｒｇ Ａｎｄｅｒｓｅｎ著「Ｄｉｇｉｔａｌｅ Ａｂｄｒｕｃｋｅ ｄｅｒ ｎａｃｈｓｔｅｎ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」（２０１２）から知られているように、上記の第１方式と同様に、複数の写真のシーケンスから三次元画像を生成するが、撮影頻度が多いため、１つのシーケンスの撮影にかかる時間は、例えば１秒よりも明らかに短い。さらにカメラの動きによって発生する影響は、例えばシーケンスの複数写真から三次元写真を生成する際に、計算によってその作用を無効にすることができる。このことから、第３の方式の三次元測定カメラも、第２の方式の多くのカメラと同様に、カメラを動かしながらの連続撮影のために、もしくはより広い領域の連続測定のために使用することが可能である。

第２および第３の方式の口腔内三次元測定カメラを用意して、測定する領域にわたってカメラを連続的に動かすことでより広い領域を測定する連続撮影モードも、ユーザーに高度の要求を課す。例えば、舌、頬、または唇のような可動領域が、さまざまな撮影の間または撮影シーケンスの間に動いてしまうと、個々の三次元写真の合成が困難になり、画像が歪んだり、完全に阻止されたりする可能性があるので、そのような領域を一緒に撮影することは避けなければならない。また、生成されるデータ量の管理も、ユーザーが管理することは難しい。データ記録が多くなる、すなわち不要に多くの撮影が行われると、三次元写真もしくは三次元全体写真の生成に遅延を招く可能性がある。

したがって、本発明の課題は、具体的にはより広い領域をできるだけ簡単かつ確実な形で撮影可能な口腔内三次元カメラおよび該当する方法を提供することである。

この課題は、口腔内カメラを用いる光学式三次元測定方法によって解決され、この口腔内カメラは、個々の二次元写真または連続して生成される複数の二次元写真のシーケンスを時系列で生成し、個々の二次元写真の少なくとも１つから、またはシーケンスの少なくとも１つから三次元画像が生成される。第１と第２の運転モード間で選択が行われる。第１の運転モードでは、生成された全ての個々の二次元写真もしくは生成された全てのシーケンスの多くが三次元全体画像を生成するために使用される。第２の運転モードでは、１つの時間インターバルの間に生成された全ての二次元写真もしくは生成された全てのシーケンスの多くが三次元全体画像を生成するために使用され、この時間インターバルは作動命令の直前および／または直後にある。

撮影方式に応じて、三次元画像は、少なくとも１つの二次元画像から、または二次元画像の少なくとも１つのシーケンスからも生成することができる。三次元全体画像と呼ばれる測定結果は、少なくとも１つのそのような三次元画像から生成もしくは合成することができる。しかしまた、三次元全体画像は二次元写真から、すなわち少なくとも１つの二次元写真から、もしくは二次元写真の少なくとも１つのシーケンスから直接生成することも可能である。

２つの運転モードにより、ユーザーは、常時三次元ビデオモード方式と「ポイント・アンド・クリック」モード方式との間で選択が可能となる。

第１の運転モード、すなわち三次元ビデオモードにおいて、撮影は、例えばカメラが作動してから停止するまで連続的に進行する。連続的二次元写真またはシーケンスが生成され、各二次元写真もしくは各シーケンスについて三次元画像が生成される。次に、生成された三次元画像は連続的に順次合成されるか、または全ての撮影プロセスが終了した後で三次元全体画像に合成される。

それに比べて第２の運転モード「ポイント・アンド・クリック」運転は、確かに連続的に二次元写真を生成するが、作動命令後に初めて二次元写真がさらに処理されるようになっている。これにより、ユーザーは、例えば測定を始める前に、カメラを撮影する対象物の上に落ち着いて位置決めすることが可能となり、その後、連続的に生成された二次元写真もしくはシーケンスからそれぞれ三次元画像が生成され、順次または全測定の終了後、もしくは時間インターバルの経過後に１つの三次元全体画像に合成される。このことから、短いインターバルを選択しても、そのインターバルの間に、正確に１つの三次元画像を算出するための少なくとも１つの二次元写真または二次元写真の少なくとも１つのシーケンスを撮影し、そこから算出された三次元画像を三次元全体画像として保存することによって、対象物の目標領域の三次元写真を得ることもできる。したがって、測定の結果として提供される三次元全体画像は、１つまたは複数の三次元画像から合成することができる。すなわち、第２の運転モードにより、撮影された画像詳細もデータ記録量もより良く管理することが可能となる。

位置決めを容易にするために、ユーザーは、例えば生成された二次元写真を画面に表示させたり、あるいは２つの個々の二次元撮影の間もしくは２つのシーケンスの間にカメラで生成した補助的な二次元写真を画面に表示させたりすることができる。このようなプレビュー機能はすでに知られている。測定技術に応じて、これらの補助的な二次元写真は、例えば、パターンを投影するために照明光線中に配置される格子の折れ曲がりに従って、または照明光線に対して垂直に極めて急速に動く格子を用いて生成される。

有利には、作動命令が、フットスイッチの操作によって発信される。

フットスイッチにより、作動命令をコントロールして作動させることが可能になることから、最大限コントロールされたハンドヘルドカメラの運動が邪魔されることはない。

有利には、運動センサが測定カメラの静止を検出した場合、作動命令が運動センサによって発信される。

それによって、足または使っていない指や手でスイッチを操作することで生じるカメラの不安定な動きおよび／または突然の振れを回避することができる。

その場合には、極めてスムーズにカメラを動かすことができ、かつデータを生成することなく希望する場所に位置決めすることができる。ユーザーによって希望する場所が決められたら、もしくはカメラが希望する位置に位置決めされたら、ユーザーはカメラを短時間だけ静止させればよく、それによって測定を作動させ、続いて、例えば、測定する領域にカメラをコントロールしながら移動させることができる。

有利には、撮影の間、それぞれ順番に生成された少なくとも２つの二次元写真から手ぶれ量が特定され、限界値と比較され、限界値を下回っている場合は作動命令が発信される。

生成された二次元写真自体から手ぶれ量を特定することにより、センサのような別の部品を必要とすることなく、作動命令をカメラの静止によって作動させることが可能となる。

有利には、個々の二次元写真またはシーケンスが順番に中間メモリに保存され、一定数の個々の二次元写真またはシーケンスが保存され、その一定数に達すると、すでに保存された個々の二次元写真またはシーケンスが新たな個々の二次元写真またはシーケンスによって上書きされる。

少なくとも一時的に中間メモリへ二次元写真を保存することにより、例えば、撮影時間インターバルと作動命令との関係を比較的自由に選択することが可能となる。上書きによって、中間メモリの容量要求を減らすことができる。このような中間メモリは、例えば、ハンドヘルドカメラに直接配置することができる。ここでのメモリまたは中間メモリとは、少なくとも１つの画像の画像データを収納し、かつ少なくとも１つの画像の画像データを読み出すことができる各媒体を意味する。

有利には、作動命令に基づいて、作動命令に先行する時間インターバルの範囲内で、または作動命令に続く時間インターバルの範囲内で、または作動命令の発信時点を含む時間インターバルの範囲内で生成される全ての二次元写真が１つのメモリに伝送される。

さらなる処理もしくは記録のために、三次元画像もしくは三次元全体画像のためのデータがメモリに保存される。カメラが第２の運転モードにおいて作動する場合、データ通信量は、撮影時間インターバルにおけるデータのみが、例えば直接このメモリに伝送されるか、または中間メモリからこのメモリに伝送されることによって管理される。撮影時間インターバルは作動命令によって決められる。これは、作動命令の発信時点に直接続く時間インターバルであってもよい。しかし、これはまた作動命令の周囲にある時間インターバルでもよく、またはさらに作動命令の発信時点に直接先行する時間インターバルでもよい。メモリは例えばカメラ自体の中に、または計算ユニットなどに配置することが可能であり、その場合、データは例えばケーブルを用いて、またはケーブルを用いずに伝送することができる。

有利には、画面上のニ次元写真または補助的に生成される二次元写真が、順番で表示される。

このことにより、カメラの配向もしくは位置決めが容易になる。カメラの位置のコントロールも測定中に行うことができる。

有利には、少なくとも１つの三次元画像および／または三次元全体画像が、画面に表示される。

生成された二次元写真から生成される三次元画像が直接順番に表示される場合、測定途中のカメラの位置をこれらの画像に基づいてコントロールすることができる。生成された三次元画像を連続的に合成することも可能であるため、ユーザーは、測定結果もしくは中間結果、すなわち三次元全体画像の形成を直接コントロールすることができる。

有利には、時間インターバルが、所定の継続時間または予め設定可能な継続時間を持つ。

それによって、データ通信量が制限される。時間インターバルは、例えば予め調整または選択することができる。終了は、例えば画面上において、またはカメラのランプなどによって、または音によってもユーザーに示すことができる。

有利には、時間インターバルが、停止命令によって終了する。

それによってユーザーは、撮影継続時間をユーザーの必要に応じて適合させることができ、これにより、具体的にはデータ通信量を最小化することができる。停止命令は、例えばカメラのスイッチによって、フットスイッチによって、または言語命令およびそれに対応する音響センサを用いて発信することができる。停止命令を作動命令と同一のやり方で生成することは特に簡単である。例えば作動命令がフットスイッチを用いて発信される場合、その次のフットスイッチの操作は停止命令を発信することができる。

さらに、本発明は口腔内三次元光学測定のための装置に関し、この装置はハンドヘルド口腔内カメラとカメラの内側または外側に配置された少なくとも１つのメモリとを備える。この装置を用いて、連続的に二次元写真を生成することができる。さらに、この装置は、第１または第２の運転モードを選択するための手段と作動ユニットとを備える。

オンザフライ測定とも呼ばれる連続測定のための口腔内カメラに、作動ユニットと運転モードの選択手段とを拡張することにより、ユーザーは、データ通信量と画像トリミングをより簡単にコントロールできるようになる。

有利には、作動ユニットがフットスイッチであり、このフットスイッチは作動命令を発信するための特に簡単な手段になる。

有利には、作動スイッチが、測定カメラに配置された運動センサと比較ユニットとを含み、運動センサによって運動値が生成され、この運動値は、比較ユニットを用いて予め設定可能な比較値と比較可能である。

それによって、簡単なやり方でカメラの静止を検出することができる。

有利には、作動ユニットが、生成された少なくとも２つの写真から手ぶれ量を特定するための手ぶれ解析ユニットを備える。

手ぶれ解析ユニットは、生成された２つの写真に基づいて静止を検出することができる。したがって、それ以外に別のセンサを必要としない。

有利には、この装置が、測定カメラを用いて生成された写真を同時におよび／または順番に表示することができる画面を含む。

それによって、カメラの位置決めもしくはガイドを簡単にコントロールすることができる。

有利には、この装置が停止ユニットを備える。これにより、ユーザーは、撮影継続時間をコントロールすることができるようになる。停止ユニットが作動ユニットと同一である場合、すなわち作動ユニットが停止ユニットとしても機能する場合は、特に容易である。

本発明に係る装置および本発明に係る方法を図面に基づいて説明する。
口腔内三次元光学測定のための装置である。 手ぶれ解析ユニットとして形成された作動ユニットを有する装置である。 作動命令に関する時間インターバルを示す図である。 作動命令と停止命令によって規定される時間インターバルを示す図である。 手ぶれ解析ユニットの簡略化したブロックダイヤグラムである。

図１に、口腔内三次元光学測定のための装置１が描写されており、この装置１は、ハンドへルド口腔内カメラ２と、計算ユニット３と、フットスイッチとして形成された作動ユニット４と、画面として形成された表示手段５とを含む。口腔内カメラ２は、運転モードＭ１、Ｍ２を選択するための手段６としてスイッチを備える。

カメラ２は、例えば三角測量に基づく測定ユニットであることができ、この測定ユニットは、撮影する対象物をそれに投影するパターンを用いて測定する。例えば、カメラが支持具から手に取られるか、またはスイッチがオンになると直ぐに撮影プロセスが開始され、例えばパターンの投影および散乱して戻ってくる光が二次元写真として検出される。その後、カメラ２は連続して二次元写真を検出する。

測定方式に応じて、個々の二次元写真から、または連続して生成される複数の二次元写真で構成されるシーケンスから、それぞれ１つの三次元画像が生成できる。生成された全ての三次元画像は、撮影プロセスの終了後、または撮影プロセス中に順次、三次元全体画像に合成される。

作動ユニット４は、フットスイッチの代りに、例えば図１において点線で示されているように、口腔内カメラ２に配置された運動センサおよび比較ユニットとしても形成することができる。比較ユニットは、図１において点線で示されているように、計算ユニット３の中に、あるいはまたカメラ２の中に配置することができる。

さらに、作動ユニット４は手ぶれ解析ユニット１０として形成することが可能であり、この手ぶれ解析ユニットは、図２に示されているように、例えば口腔内カメラ２の中に配置することができる。しかし、この手ぶれ解析ユニット１０は、計算ユニット３の中に配置することもできるし、計算ユニット３の部品であってもよい。連続して生成される少なくとも２つの二次元写真から、手ぶれ解析ユニットを用いて手ぶれ量Ｖが特定され、限界値Ｇと比較される。次に、検出された手ぶれ量Ｖが限界値Ｇよりも小さい場合、図５に図示されているように、作動命令Ａが手ぶれ解析ユニットとして形成された作動ユニット４から出力される。図５は、手ぶれ解析ユニット１０の簡略化したブロックダイヤグラムを示している。このユニットは、矢印で示されている口腔内カメラ２の信号から手ぶれ量Ｖを形成する。三角形で示されている比較ユニットにおいて、この手ぶれ量Ｖが保存されている限界値Ｇと比較され、その比較結果から作動命令Ａが発信される。

本発明に係る方法では、例えばスイッチとして形成された手段６を用いて、ユーザーが第１および第２の運転モードＭ１、Ｍ２を選択できるようになっている。

第１の運転モードＭ１では、連続的に生成もしくは検出される二次元写真が、例えば計算ユニット３の中に配置されたメモリ７に伝送される。メモリ７が十分に小型化および軽量化されていれば、メモリ７をカメラ２自体の中に配置することもできるであろう。少なくともメモリ７に伝送された全ての二次元写真の多くから三次元全体画像が生成される。このために、それぞれ個々の二次元写真またはシーケンスから三次元画像が算出され、算出された三次元画像が合成される。伝送された二次元写真の幾つかは、例えばデータポイント数が少ないなどの品質不良により、意図的に廃棄されることもある。

第２の運転モードＭ２では、作動命令Ａが出されて初めて二次元写真がメモリ７に伝送され、特に作動命令Ａの発信時点後に設定される時間インターバルＴの間に検出された全ての二次元写真がメモリ７に伝送される。メモリ７に伝送されたこれらの二次元写真の少なくとも多数が三次元全体画像のために使用される。三次元写真の幾つかは、例えば品質不良により廃棄されることがある。時間インターバルＴは、例えば図３の上段に示されているように、作動命令の発信時点に続けることができる。時間インターバルＴはまた、図３の中段に示されているように、作動命令Ａの発信時点の直前に置くことができる。代替として、時間インターバルＴは、例えば図３の下段に示されているように、作動命令Ａの発信時点を含むこともできる。

最後の２つのバリエーションでは、中間メモリ８を例えばカメラ２の内部または計算ユニット３の中に配置するか、またはメモリ７を中間メモリとしても使用し、この中間メモリ８に常に最新の二次元写真を保存することが必要である。中間メモリ８は、作動命令Ａの時点に対する時間インターバルＴの選択に応じて、すでに生成された必要な二次元写真が全てまだ保存されてあり、かつメモリ７に伝送できるように、十分な容量がなければならない。

時間インターバルＴ、すなわちその継続時間は、例えば予め設定または選択することができる。時間インターバルを停止命令Ｓによって終了させることも可能である。図４に図示したように、時間インターバルを、例えば作動命令Ａで開始し、停止命令Ｓで終了させてもよい。

そのために、装置１は停止ユニット９を備えることができる。このユニットは、例えばフットスイッチとして形成する、および／または図１に示されているように作動スイッチ４と同一にすることができる。

運転モードＭ１、Ｍ２とは無関係に、生成された二次元写真または補助的に生成された二次元写真は、表示手段５に順番に表示させることができるため、方向を決めるために一種の二次元ビデオがユーザーに提供される。さらに、すでに生成された全ての三次元画像を、例えば二次元写真と同時に表示手段５に表示することも可能である。三次元画像は順番に表示させることが可能なため、一種の三次元ビデオが形成される。三次元画像を順次合成しながら、すでに合成されている三次元全体画像を常に表示しておくことも可能であるため、ユーザーは、撮影プロセスの途中で三次元全体画像の形成を観察することができる。

１ 口腔内三次元光学測定装置
２ 口腔内カメラ
３ 計算ユニット
４ 作動ユニット
５ 表示手段
６ 運転モードの選択手段
７ メモリ
８ 中間メモリ
９ 停止ユニット
１０ 手ぶれ解析ユニット
Ａ 作動命令
Ｇ 限界値
Ｍ１ 第１の運転モード
Ｍ２ 第２の運転モード
Ｓ 停止命令
Ｖ 手ぶれ量
Ｔ 時間インターバル

Claims (16)

1. 口腔内カメラ（２）を有する光学式三次元測定装置の作動方法であり、
   前記口腔内カメラ（２）が、個々の二次元写真または連続して生成される複数の二次元写真のシーケンスを時系列で生成し、
   前記二次元写真の少なくとも１つまたは前記シーケンスの少なくとも１つから三次元画像が生成され、
   前記光学式三次元測定装置は、第１運転モード（Ｍ１）と第２の運転モード（Ｍ２）との選択手段を有し、
   前記第１運転モード（Ｍ１）では、生成された二次元写真もしくは生成されたシーケンスが三次元全体画像を生成するために使用され、
   前記第２の運転モード（Ｍ２）では、作動命令（Ａ）の直前および／または直後の時間インターバル（Ｔ）の間に生成された二次元写真もしくは生成されたシーケンスが三次元全体画像を生成するために使用されることを特徴とする、光学式三次元測定装置の作動方法。
2. 前記作動命令（Ａ）が、フットスイッチの操作によって発信されることを特徴とする、請求項１に記載の作動方法。
3. 運動センサが測定カメラの静止を検出した場合、前記作動命令（Ａ）が前記運動センサによって発信されることを特徴とする、請求項１に記載の作動方法。
4. 撮影の間、それぞれ順番に生成された少なくとも２つの二次元写真から手ぶれ量（Ｖ）が特定され、限界値（Ｇ）と比較され、前記限界値（Ｇ）を下回っている場合は前記作動命令（Ａ）が生成されることを特徴とする、請求項１に記載の作動方法。
5. 前記二次元写真または二次元写真の前記シーケンスが順番に中間メモリ（８）に保存され、一定数の二次元写真またはシーケンスが保存され、前記一定数に達すると、すでに保存された二次元写真またはシーケンスが新たな二次元写真またはシーケンスによって上書きされることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の作動方法。
6. 前記作動命令（Ａ）に基づいて、前記作動命令（Ａ）に先行する時間インターバル（Ｔ）の範囲内、または前記作動命令（Ａ）に続く時間インターバル（Ｔ）の範囲内で、または前記作動命令（Ａ）の発信時点を含む時間インターバル（Ｔ）の範囲内で生成される二次元写真または複数の二次元写真のシーケンスが１つのメモリに伝送されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の作動方法。
7. 前記二次元写真または補助的に生成される二次元写真が、表示手段（５）に順番に表示されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の作動方法。
8. 少なくとも１つの前記三次元画像が表示手段（５）に表示されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の作動方法。
9. 前記時間インターバル（Ｔ）が、所定の継続時間または予め設定可能な継続時間を持つことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の作動方法。
10. 前記時間インターバル（Ｔ）が、前記作動命令（Ａ）によって開始され、停止命令（Ｓ）によって終了することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の作動方法。
11. 口腔内カメラ（２）と、該カメラ（２）の内側または外側に配置された少なくとも１つのメモリ（７）とを備える口腔内三次元光学測定装置（１）であり、該装置（１）を用いて、連続的に二次元写真を生成することができる装置であって、
    前記装置（１）は、生成された二次元写真もしくは生成されたシーケンスが三次元全体画像を生成するために使用される第１の運転モード（Ｍ１）か、または作動命令（Ａ）の直前および／または直後の時間インターバル（Ｔ）の間に生成された二次元写真もしくは生成されたシーケンスが三次元全体画像を生成するために使用される第２の運転モード（Ｍ２）かを選択するための手段（６）、ならびに作動ユニット（４）を備えることを特徴とする、装置。
12. 前記作動ユニット（４）がフットスイッチであることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 前記作動ユニット（４）が、口腔内カメラ（２）に配置された運動センサと比較ユニットとを含み、前記運動センサによって運動値が生成され、該運動値は、前記比較ユニットを用いて予め設定可能な比較値と比較可能であることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
14. 前記作動ユニット（４）が、生成された少なくとも２つの二次元写真から手ぶれ量（Ｖ）を特定するための手ぶれ解析ユニットを備えることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
15. 前記装置が表示手段（５）を含み、前記口腔内カメラを用いて生成された写真を前記表示手段上に同時におよび／または順番に表示できることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記装置が停止ユニット（９）を備えることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の装置。

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