JP7231139B2 - 外部光干渉除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、外部光干渉除去方法に関する。

３Ｄスキャニング技術は、近年、患者の口腔内部をスキャンして補綴治療物を提供する技術分野で使用頻度が増加している。従来は、石膏模型を製作するためにアルギネートなどを用いて印象採得が実施され、製作された石膏模型に基づいて患者の口腔に適した補綴治療物を製作および提供した。その過程によってインプラント、クラウン治療などが行われてきた。このような補綴治療物を製作する過程で、既存の石膏模型は、患者の口腔内部を精密に表現できない問題があり、特に歯肉に支台柱が植え込まれる部分または隣接歯のマージン部分などについてデータが精密に取得できない問題があった。

このような問題を解決するために、ハンドヘルド（ｈａｎｄｈｅｌｄ）方式の口腔スキャナが注目されている。口腔スキャナは、患者の口腔内部に直接挿入されて実物口腔をスキャン、３次元スキャンモデルで実現するように動作する。また、口腔スキャナは、スキャンを行う時に駆使できる角度およびスキャンの対象になる対象物（歯牙、歯肉などを意味することができる）との距離を自由に調節可能で高いスキャン自由度を有するという利点がある。

一方、スキャナによる口腔スキャンの過程が暗室で行われるものではない以上、外部から流入する光源がスキャン結果に影響を及ぼすことがあり、このような光源によって取得されたスキャン結果は、使用者が所望する結果とはやや異なって現れる可能性が高い。これは、口腔スキャナによっても、外部の何らかの環境によって精密なデータを取得できない問題点を生じることがある。

ＫＲ１０－２０１９－０１０３８３３Ａ

そのため、本発明による目的は、外部光によってスキャンに及ぼす明るさの影響を演算過程により除去することで、より精密なイメージまたはスキャンデータを取得するための外部光干渉除去方法を提供することである。

本発明の技術的課題は以上に言及した技術的課題に制限されず、言及されていないさらに他の技術的課題は以下の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

本発明による外部光干渉除去方法は、内部光が照射されるスキャン対象の色相情報を取得するステップと、前記内部光が消えた状態で外部光による前記スキャン対象の明るさ情報を取得するステップと、前記明るさ情報に基づいて前記色相情報を補正するステップとを含むことができる。

また、前記色相情報を補正するステップは、前記色相情報の色相値から前記明るさ情報の明るさ値を減算することができる。

また、前記色相値および前記明るさ値は、スキャンイメージのピクセルごとに与えられ、前記色相情報を補正するステップは、前記ピクセルごとに前記色相値から前記明るさ値を減算することができる。

また、前記明るさ情報を取得するステップは、前記内部光が消えた状態で前記明るさ情報を取得することができる。

また、前記明るさ情報を取得するステップは、前記内部光のパターンから前記明るさ情報を取得することができる。

また、前記明るさ情報は、前記パターンの暗部から取得される。

また、前記パターンは、前記暗部が可変する形態で複数回照射され、前記明るさ情報は、複数回照射された前記パターンから取得される。

また、前記明るさ情報が基準値以上であれば、報知信号を発生するステップをさらに含んでもよい。

また、前記明るさ情報の明るさ値は、スキャンイメージのピクセルごとに与えられ、閾値以上の明るさ値を有するピクセルの数が一定個数以上であれば、前記報知信号を発生することができる。

一方、本発明の他の実施例による外部光干渉除去方法は、３次元スキャンモデルを実現するための第１データを取得するステップと、外部光による明るさ値を算出するための第２データを取得するステップと、前記第２データから求めた明るさ値に基づいて前記第１データを補正するステップとを含むことができる。

また、前記第１データは、内部光が照射される状態で取得した色相実現のための第１イメージと、３次元形状実現のための第２イメージとを含み、前記第２データは、内部光が照射されない状態で取得した第３イメージを含み、前記補正ステップは、前記第１イメージから求めた色相値から前記第３イメージから求めた明るさ値を減算して取得した補正色相を、前記第２イメージから求めた３次元形状に適用することができる。

また、前記補正ステップは、前記第１イメージのピクセルごとの色相値から前記第１イメージのピクセルに対応する第３イメージのピクセルごとの明るさ値を減算することができる。

また、前記第１イメージ～第３イメージは、１つの３次元フレーム実現のために取得される２次元イメージであってもよい。

また、前記第２データから求めた明るさ値が予め設定された閾値以上であれば、フィードバックを発生するステップをさらに含んでもよい。

また、前記第２データは、内部光が照射されない状態で取得した第３イメージを含み、前記第３イメージのピクセルごとの明るさ値が予め設定された閾値以上であるピクセルの数が一定個数以上であれば、フィードバックを発生するステップをさらに含んでもよい。

本発明による外部光干渉除去方法およびこれを用いた装置を用いることで、スキャナから口腔内部のスキャンのために照射される光以外の外部光が干渉して口腔内部のスキャンが妨げられるのを防止し、精密なスキャンデータを取得できるという利点がある。

また、外部光が強すぎて正常なスキャンが不可能と判断されれば、スキャナ使用者に信号によりこれを報知することで、使用者が外部光によるスキャンの影響を低減するようにし、これによって、精密でないデータを取得したことによる再スキャンを行わなくても良いという利点がある。

さらに、外部光による明るさ値を３次元スキャンモデルを生成する前に減算して、外部光の影響が最小化された３次元スキャンモデルを取得できるという利点がある。

金属材質の補綴治療物に対して、外部光とともに撮影が行われたことを説明するための図である。 金属材質の補綴治療物に対して、外部光を除いて撮影が行われたことを説明するための図である。 指を例示的な撮影対象物として、外部光とともに撮影が行われたことを説明するための図である。 指を例示的な撮影対象物として、外部光を除いて撮影が行われたことを説明するための図である。 口腔内部を例示的なスキャン対象物として、外部光とともにスキャンが行われたことを説明するための図である。 口腔内部を例示的なスキャン対象物として、外部光を除いてスキャンが行われたことを説明するための図である。 口腔内部を例示的なスキャン対象物として、外部光とともにスキャンが行われたことを説明するための図である。 口腔内部を例示的なスキャン対象物として、外部光を除いてスキャンが行われたことを説明するための図である。 人為的に外部光を加えて口腔模型をスキャンした時のスキャン結果を説明するための図である。 本発明による外部光干渉除去方法のフローチャートである。 本発明による外部光干渉除去方法における、スキャン対象物に照射される内部光のパターンを示図である。 本発明の他の実施例による外部光干渉除去方法のフローチャートである。 本発明のさらに他の実施例による外部光干渉除去方法のフローチャートである。 本発明による外部光干渉除去方法を用いた装置の概略図である。

以下、本発明の一部の実施例を例示的な図面により詳しく説明する。各図面の構成要素に参照符号を付すにあたり、同一の構成要素については、たとえ他の図面上で表示されても、できる限り同一の符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の実施例を説明するにあたり、かかる公知の構成または機能に関する具体的な説明が本発明の実施例に対する理解を妨げると判断された場合は、その詳細な説明は省略する。

本発明の実施例の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使うことができる。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって当該構成要素の本質や順番または順序などが限定されない。また、特に断らない限り、技術的または科学的な用語を含む、ここで使われるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使われる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されなければならず、本出願において特に断らない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。

一方、後述する色相情報を取得するステップで取得される色相値と、明るさ情報を取得するステップで取得される明るさ値と、明るさ算出ステップで取得される明るさ値などの明るさまたは色相に関するデータを取得するにあたり、多様な色空間表現方式が使用できる。Ｇｒａｙ（無彩色の明るさ表現）、ＲＧＢ加算混合、ＨＳＶ（ｃｏｎｉｃ）、ＨＳＶ（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃ）、ＣＭＹＫ、ＹＣｂＣｒモデルなどの多様な色空間表現方式の少なくとも１つが選択されて使用できる。ただし、記述上の便宜のために、以下の本明細書上では、明るさ値または色相値を取得する方式は、ＲＧＢ加算混合方式またはＨＳＶ方式を使用すると説明された。

図１は、金属材質の補綴治療物に対して、外部光とともに撮影が行われたことを説明するための図であり、図２は、金属材質の補綴治療物に対して、外部光を除いて撮影が行われたことを説明するための図である。

図１を参照すれば、使用者は患者の口腔内部を直接スキャンすることができる。あるいは、使用者は必要に応じて患者の口腔に対する印象採得を実施し、印象採得により取得した石膏模型をスキャンすることができる。この時、使用者は患者の口腔内部を直接スキャンするためにハンドヘルド（ｈａｎｄｈｅｌｄ）形態のスキャナを用いることができる。また、石膏模型をスキャンするためにハンドヘルド形態のスキャナが用いられてもよいが、石膏模型をトレイ上に配置して、当該トレイが回転またはティルティングされてスキャンを行うテーブル形態のスキャナが用いられてもよい。一方、本明細書上では、特別な言及がない限り、「スキャナ」は、ハンドヘルド形式の口腔スキャナ（ｉｎｔｒａｏｒａｌ ｓｃａｎｎｅｒ）を意味することができる。

図１および図２に示されるように、金属材質の補綴治療物が植え込まれた石膏模型をスキャンした時に取得したイメージにおいて、図１は、全体的にイメージが明るく表現され、図２は、相対的に暗く表現された。これは外部光の影響による差異であり、ここで、外部光とは、スキャン作業を行う空間でスキャナ自体から照射される光ではない、他の外部的要因として作用する光を意味する。例えば、歯科診療時に患者が着席するユニットチェア（ｕｎｉｔ ｃｈａｉｒ）に含まれた照明灯であってもよく、またはスキャンを行う場所に設けられた蛍光灯のような室内照明であってもよい。

外部光とともに撮影された歯肉ｇ１と外部光の除去された歯肉ｇ１’、および外部光とともに撮影された補綴治療物ｍ１と外部光の除去された補綴治療物ｍ１’をそれぞれ比較した時、外部光の除去されたイメージｇ１’、ｍ１’が、外部光とともに撮影されたイメージｇ１、ｍ１に比べて相対的に暗いが、実質的により実際に近い色相および明るさを示し、補綴治療物の場合、光反射が激しく起こる場合に精密にスキャンしにくいため、反射光によってイメージに影響を及ぼすことを最小化することが重要である。

図３は、指を例示的な撮影対象物として、外部光とともに撮影が行われたことを説明するための図であり、図４は、指を例示的な撮影対象物として、外部光を除いて撮影が行われたことを説明するための図である。

図３および図４を参照すれば、例示的な撮影対象物として任意の指をスキャナによりスキャンした結果から外部光の影響を確認することができる。外部光とともにスキャンされた指ｓｃ１と外部光の除去された指ｓｃ１’とを比較した時、図４に示されるような外部光の除去された指ｓｃ１’が実際に近い色相および明るさで表現されており、図３に示されるような外部光とともにスキャンされた指ｓｃ１は、全体的にイメージが明るく現れる。また、外部光とともにスキャンされた指ｓｃ１は、その下端に所定の色相を呈する領域が現れることがあり、外部光とともにスキャンされた指ｓｃ１のイメージは、実際の指と色相および明るさが異なることがある。

図５は、口腔内部を例示的なスキャン対象物として、外部光とともにスキャンが行われたことを説明するための図であり、図６は、口腔内部を例示的なスキャン対象物として、外部光を除いてスキャンが行われたことを説明するための図である。

図５および図６を参照すれば、口腔内部が例示的なスキャン対象物の時、外部光がイメージに及ぼす影響について比較により確認することができる。図５にて外部光とともにスキャンされた歯肉ｇ２および歯牙ｔ２は、図６にて外部光の除去された歯肉ｇ２’および歯牙ｔ２’と比較した時、相対的に明るく現れる。また、図５にて外部光とともにスキャンされた歯牙ｔ２の上端にはデータが精密に収集されない部分も見つかり、前記部分は外部光の影響によってスキャンデータが不十分に収集されたことを表す。

図７は、口腔内部を例示的なスキャン対象物として、外部光とともにスキャンが行われた図であり、図８は、口腔内部を例示的なスキャン対象物として、外部光を除いてスキャンが行われたことを説明するための図である。

図７および図８を参照すれば、歯牙の前面と背景に対してスキャンが行われた結果が示される。図７にて外部光とともにスキャンされた背景ｂｋおよび歯牙ｔ３は、図８にて外部光の除去された背景ｂｋ’および歯牙ｔ３’と比較した時、相対的に蛍光色を有することができる。一方、実際の歯牙の色相は、図７よりは、図８に近い色相および明るさを有し、図７の場合、外部光によって歯牙の色相および明るさの歪みが発生したと見られる。

図９は、人為的に外部光を加えて口腔模型をスキャンした時のスキャン結果を説明するための図である。

図９を参照すれば、実際の人間の口腔内部をかたどった模型（この時、この模型は歯肉が鮮紅色または桃色を呈し、歯牙はアイボリー色を呈して実際の歯肉および歯牙を模倣したものを指す）に対してスキャンを実施した時に現れたスキャンデータが示される。長方形で表示された領域Ａに対してのみ外部光を加えてスキャンを行った結果、当該領域に隣接した他の領域と比較した時、相対的に明るくて薄暗い歯肉ｇ４および歯牙ｔ４がスキャン結果として現れる。また、外部光が激しい場合、歯肉ｇ４と歯牙ｔ４との間にデータが抜け落ちるデータ空白Ｂも発生する可能性がある。

前述した説明および参照した図面から、精密なイメージまたはスキャンデータを取得するために外部光による影響（干渉）を最小化することが要求される。ただし、使用者はスキャナから発生する内部光だけではスキャンの難易度が増加する問題点があった。したがって、外部光が灯った状態で取得したイメージから自動的に外部光による色相干渉を除去できる方法が必要である。

図１０は、本発明による外部光干渉除去方法のフローチャートである。

図１０を参照すれば、前述した外部光による問題点を解決するための外部光干渉除去方法が提供できる。本発明による外部光干渉除去方法は、外部光が灯った状態でスキャナによりスキャンを行う第１スキャンステップＳ１１と、外部光とともに内部光が灯った状態でスキャナによりスキャンを行う第２スキャンステップＳ１２とを含むことができる。使用者は患者の口腔内部または口腔模型をスキャンする時、外部光だけが影響を及ぼす環境でスキャンを行う。この時、スキャナから照射される光はなく、第１スキャンステップＳ１１で収集された情報は、外部光による明るさ値を算出するために用いられる。明るさ算出ステップＳ１３については後述する。

一方、スキャナは、口腔内部に引き込みまたは引き出し可能で一端部を通して口腔内部の様子が光の形態で内部に入射するように開口部が形成されたケースと、ケースの内部に結合されるように形成され、入射した光を収容してイメージを生成するスキャン部とを含むことができる。ケースは、スキャナの内部部品を外部の物理的衝撃などから保護するように形成され、ケースは、使用者が把持する部分であるボディケースと、口腔内部に引き込みまたは引き出しされて患者の口腔と直接接触する部分であるチップケースとを含むことができる。

ケースの内部には、スキャンの対象物から反射した光がスキャナの内部に収容されるようにしてイメージとして生成するスキャン部が形成される。スキャン部は、少なくとも１つ以上のカメラと、カメラと電気的に連結されたイメージングセンサとを含むことができる。カメラは、スキャナの内部に入射した光が収容され、イメージングセンサは、収容された光を分析してこれをイメージとして生成する。この時、イメージは、２次元イメージまたは３次元イメージであってもよい。例示的に、イメージングセンサは、ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサであってもよいが、これに限定するものではなく、スキャナの内部に収容された光をイメージとして生成できるいかなる構成も可能である。

一方、スキャナは、ケースの内部に結合されるように形成され、開口部を通して内部光を発光する照射部をさらに含んでもよい。照射部は、スキャナ自体で口腔内部を照らすために内部光を発生させることができ、照射部は、内部光を発生させるための光プロジェクタを含むことができる。

照射部から発生させる内部光として多様な形態の光が使用できる。例示的に、可視光線領域の波長を有する光が内部光として使用できる。また、内部光は、スキャン部から取得したイメージを３次元スキャンモデルに変換するために、特定のパターン形態である構造光の形態で照射可能であり、構造光は、ＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）のような構成により生成できる。

第１スキャンステップＳ１１でスキャナのスキャンにより取得したイメージから、前記イメージの明るさ値を取得することができる（明るさ算出ステップ、Ｓ１３）。この時、取得する明るさ値は、第１スキャンステップＳ１１で取得したイメージを構成する全体領域に対して取得することができ、取得する明るさ値の形態は、０から２５５の間の整数の形態であってもよい。一方、この時の明るさ値は、ＨＳＶ方式でのＶ値に相当することができる。また、Ｇｒａｙ方式での値に相当することができる。例示的に、明るさ算出ステップＳ１３は、第１スキャンステップＳ１１で取得したイメージをピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位に分け、それぞれのピクセルに対する明るさ値を取得することができる。

明るさ算出ステップＳ１３から明るさ値を取得し、第２スキャンステップＳ１２で外部光と内部光がともに作用する状態でスキャナ１００によりイメージを取得すれば、取得したイメージに対して明るさ値を演算する（演算ステップ、Ｓ１４）。この時、明るさ値を「演算」するというのは、イメージに対して明るさ値を数学的な演算により処理することを意味することができる。例示的に、演算ステップＳ１４は、第２スキャンステップＳ１２で取得したイメージを構成する各ピクセルの色相値から、明るさ算出ステップＳ１３で取得した明るさ値を減算（－）することができる。より詳しくは、任意のピクセルにおいて、明るさ算出ステップＳ１３で取得した明るさ値がＸでかつ、第２スキャンステップＳ１２で取得した色相値が（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の場合、演算ステップＳ１４を行った後、当該ピクセルの色相値は（Ｒ－Ｘ、Ｇ－Ｘ、Ｂ－Ｘ）のように表すことができる。一方、上述したＲ、Ｇ、Ｂはそれぞれ、０から２５５の間の整数に相当することができる。

一方、Ｒ－Ｘ、Ｇ－Ｘ、およびＢ－Ｘはそれぞれ、０以上２５５以下の整数として表現される。また、ＲＧＢ加算混合方式ではない、ＨＳＶ方式を利用する場合、明るさ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）はＶ値で表されるので、結果的に（Ｈ、Ｓ、Ｖ－Ｘ）のような形態で演算され、これを再びＲＧＢ形態に変換した後、３次元スキャンモデルの実現に使用することもできる。この時、Ｘ値は、０から２５５の間により大きい値を有するほど、次第により明るい明るさを示す値であってもよい。

一方、前述した外部光干渉除去方法は、外部光が灯り内部光が消えた状態でスキャンが先に行われ、その後、外部光と内部光がともに灯った状態で後にスキャンが行われると説明された。しかし、必ずしもそのスキャンの順序に制限されるものではない。例示的に、内部光が照射されるスキャン対象の色相情報を取得するステップが優先して行われ、後に内部光が消えた状態で外部光によるスキャン対象の明るさ情報を取得するステップが行われた後、取得された明るさ情報に基づいて色相情報を補正するステップが行われてもよい。

内部光が照射されるスキャン対象の色相情報は、ＲＧＢ加算混合方式またはＨＳＶ方式により取得可能であり、内部光が消えた状態で外部光によるスキャン対象の明るさ情報も、前述した明るさ算出ステップＳ１３と同一の方式で取得可能である。取得した色相情報と明るさ情報に応じて、色相情報の色相値から明るさ情報の明るさ値を減算することによって色相情報を補正することができる。この時、色相情報の色相値および明るさ情報の明るさ値は、スキャンされたイメージのそれぞれのピクセルごとに与えられ、色相情報を補正する過程も、スキャンされたイメージのそれぞれのピクセルごとに行われる。補正が行われたピクセルは、補正された色相値を有し、補正されたイメージは、外部光による影響が最小化されて表示される。

一方、スキャン対象の明るさ情報を取得するステップで、明るさ情報が基準値以上であれば、報知信号を発生するステップを追加的に有することができる。例示的に、内部光が消えた状態で外部光だけの影響が及ぶ状態で明るさ情報が収集され、収集された明るさ情報の明るさ値は、スキャン過程で取得したイメージの各ピクセルごとに収集される。この時、ピクセルごとに収集された明るさ値が２００以上であるピクセルの数が全体ピクセルの数の約５０％以上の場合、外部光の影響が強く作用しているという旨の報知信号を発生して、スキャナ使用者がこれを認知できるようにする。ただし、本明細書において、基準値として提示された数値は例示的なものであり、使用者の必要に応じてこのような数値は再設定されて使用可能である。

使用者は報知信号によって外部光の影響が強く作用することを認知し、外部光を消したり、その照明の照度を低くするなどの措置を取ることができる。また、色相情報を補正するステップで外部光をシステム的に除去することもできるのに対し、このように物理的に外部光による影響を遮断することで、スキャンデータの信頼性を向上させることができる。

前述した報知信号を発生するステップでは、外部光による色相を補正する演算ステップとともに行われてもよいが、必須として色相補正と報知信号の発生が同時に行われなくてもよい。例示的に、内部光と外部光が同時に作用する状態でスキャンが行われると、明るさ算出ステップで算出された明るさ値を色相値から減算して色相を補正する過程は、明るさ情報に応じて中断される。より詳しくは、色相を補正する過程は、明るさ情報が基準値以上の場合に中断され、使用者に外部光を減少させることを要求する信号だけが発生することができる。報知信号が発生して色相を補正する過程を中断することで、不要なリソースの使用を防止することができ、外部光が過度に入ってくる部分のスキャンを中断することで、不要なデータが格納されるのを防止することができる。

また、報知信号を発生するステップは、前述のように明るさ情報が基準値以上の場合、報知信号を発生して演算ステップ（明るさ値を色相値から減算することによって色相を補正する過程）が中断されるようにしてもよいが、演算ステップが最初から行われず、明るさ算出ステップで算出された明るさ値に応じて演算ステップを進行させるか否かが決定されてもよい。例示的に、それぞれのピクセルから取得された明るさ値が基準値として提示された数値以上の場合、演算ステップが行われず、報知信号が発生できるようにする。

一方、内部光と外部光がすべて灯った（作用する）状態で内部光のパターン（これは構造光を意味することができる）から、外部光によるスキャン対象の明るさ情報が取得されてもよい。この時、内部光のパターンは、スキャン対象の深さ情報を取得するための様々な形態を有することができ、例示的に、前記パターンは、明部と暗部が交互に現れる縞模様（ストライプ）形態のパターンになってもよい。明るさ情報は、パターンの暗部から取得可能であり、このような暗部は、可変パターンの形態で複数回（ｎ回）照射され、明るさ情報は、複数回（ｎ回）照射されるパターンの暗部から取得可能である。スキャン対象の色相情報を取得するために、スキャナはスキャナの内部からスキャン対象に向かって内部光を照射できる照射部を有し得ることは前述した通りである。

照射部に形成された光プロジェクタから光が出力されると、出力された光は、ＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）を構成する複数のミラーそれぞれのｏｎ／ｏｆｆ状態によって収容、反射などが行われる過程により、多様なパターンが作られる。この時、ｏｎ状態にあるミラーは、収容された光をスキャン対象に照射されるように反射して明部を形成し、ｏｆｆ状態にあるミラーは、収容された光が反射しないようにして暗部を形成する。したがって、ｏｎ状態にあるミラーに対応するスキャン対象の部分（明部）は、内部光と外部光の影響をすべて受けるようになり、ｏｆｆ状態にあるミラーに対応するスキャン対象の部分（暗部）は、単に外部光の影響だけを受けるようになる（ｏｆｆ状態にあるミラーに対応するスキャン対象の部分は、ｏｎ状態にあるミラーに対応するスキャン対象の部分と比較した時、内部光が照射されずに相対的に暗く現れるので、これをパターンの暗部と名付ける）。

図１１は、本発明による外部光干渉除去方法における、スキャン対象物に照射される内部光のパターンを示す図である。

図１１を参照すれば、内部光のパターンは、２進コード、グレーコードなど多様な形態で複数回（ｎ回）照射される。例えば、２進コードによる内部光パターンを照射する場合、図１１（ａ）～図１１（ｄ）のようなストライプ形態の光が順次に照射される。この時、図１１（ａ）にて左側の黒色部分を暗部、右側の白色部分を明部といえる。同じ趣旨で、図１１（ｂ）は、左側から暗部－明部－暗部－明部が交互に現れるように内部光が形成されてスキャン対象物に照射される。このように、暗部が可変する形態でスキャン対象物にｎ回照射されることで、スキャン対象領域に対応する部分の全体ピクセルに対する明るさ情報（０から２５５の間の整数）を取得することができる。

以下、本発明の他の実施例による外部光干渉除去方法について説明する。

図１２は、本発明による外部光干渉除去方法のフローチャートである。

図１２を参照すれば、本発明による外部光干渉除去方法は、外部光が灯った状態でスキャナ１００によりスキャンを行うスキャンステップＳ２１と、スキャンステップＳ２１でスキャンにより取得したイメージから明るさ値を取得する明るさ算出ステップＳ２２と、明るさ算出ステップＳ２２で取得した明るさ値から、特定の明るさ値（基準明るさ値）以上の明るさ値を有する部分が設定された値以上であるかを判断する判断ステップＳ２３とを含むことができる。スキャンステップＳ２１は、外部光が灯った状態でスキャナ１００で患者の口腔内部、または口腔模型をスキャンする。この時、内部光が消えた状態の場合、前述した第１スキャンステップＳ１１と同一の過程で行われ、内部光が灯った状態の場合、前述した第２スキャンステップＳ１２と同一の過程で行われてもよい。好ましくは、スキャンステップＳ２１は、外部光と内部光がすべて灯った状態でスキャンを行うものであってもよい。

明るさ算出ステップＳ２２は、前述した明るさ算出ステップＳ１３と同一の方式で、ＲＧＢ加算混合方式またはＨＳＶ方式などを利用して、スキャンステップＳ２１で取得したイメージをピクセル単位に分けてそれぞれのピクセルに関する色相情報を取得する。この時、取得した色相に対して基準明るさ値以上に明るい部分がカウンティングされる。基準明るさ値以上の領域は、ＲＧＢ加算混合方式で特定部分以上の領域を意味することができ、ＨＳＶ方式では基準Ｖ値以上を有する領域を意味することができる。

一方、判断ステップＳ２３で基準明るさ値以上の明るさ値を有する部分が設定された値以上の場合、警報報知信号を発生するように動作することができる（報知発生ステップ、Ｓ２４）。この時、警報報知信号は多様な方式で動作できるようにする。警報報知信号は、スキャナに内蔵されたアクチュエータによる振動であってもよく、または判断ステップＳ２３が行われる演算部と電気的に連結されていながら、スピーカを通して発生する警報音であってもよいし、演算部と電気的に連結されており、スキャナとは離隔して形成されたディスプレイ部を通して画面上に表示される案内メッセージであってもよい。あるいは、このうち２以上の手段を通して警報報知信号を発生させてもよい。警報報知信号の発生によって、使用者はスキャン過程で外部光が過度に影響を及ぼしていることを認知することができ、外部光の強度を低くしたり、または除去（消灯）することで、スキャン過程での外部光の影響を最小化することができる。

以下、本発明のさらに他の実施例による外部光干渉除去方法について説明する。

図１３は、本発明のさらに他の実施例による外部光干渉除去方法のフローチャートである。図１３を参照すれば、本発明のさらに他の実施例による外部光干渉除去方法は、３次元スキャンモデルを実現するための第１データを取得するステップＳ３１と、外部光による明るさ値を算出するための第２データを取得するステップＳ３２と、第２データから求めた明るさ値に基づいて第１データを補正するステップＳ３３とを含むことができる。

第１データおよび第２データは、外部光が照射される状態で取得可能であり、特に、第１データは、３次元スキャンモデルの実現に用いられるので、内部光（スキャナ内部のプロジェクタ）が外部光とともに照射される状態で取得可能である。

第１データは、色相実現のための第１イメージと、３次元形状実現のための第２イメージとを含むことができる。この時、３次元スキャンモデルは、少なくとも１つ以上の３次元フレームがＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ）などの整列方法により結合されて形成される。１つの３次元フレームは、少なくとも１つ以上の２次元イメージである第１イメージから求めた色相値を、少なくとも１つ以上の２次元イメージである第２イメージから求めた３次元形状（例示的に、３次元空間上のポイント）にマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）することによって実現できる。

一方、本発明のさらに他の実施例による外部光干渉除去方法は、第１データから色相情報を取得し、第２データから明るさ情報を取得することができる。色相情報を取得したり、明るさ情報を取得する過程は前述した通りであるので、省略する。

第１データを補正するステップＳ３３は、第１イメージから求めた色相値を、第２イメージから求めた３次元形状にマッピングする前に、第２データから求めた明るさ値を減算することによって第１データを補正することができる。ここで、第２データは、内部光が照射されない状態で取得した第３イメージを含むことができる。したがって、第３イメージは、外部光だけが被写体に照射された状態でスキャンして取得された２次元イメージであってもよい。

第１データを補正するステップＳ３３をより具体的に説明する。第３イメージは、それぞれのピクセルごとに外部光による明るさ値（例示的に、０から２５５の間の値）が算出され、このようなピクセルごとの明るさ値は同じく、ピクセルごとに算出される第１イメージの色相値に減算される。すなわち、第１イメージのピクセルに対応する第３イメージのピクセルの明るさ値を第１イメージのピクセルの色相値から減算するのである。第１イメージのピクセルの色相値は、例示的にＲＧＢ方式またはＨＳＶ方式などで算出されてもよいし、これは前述した通りである。

前記のように減算された第１イメージの色相値（すなわち、補正された色相値）を、第２イメージから求めた３次元形状に適用して、１つの３次元フレームを実現することができる。ここで、１つの３次元フレームは、１回のサイクル（１ｃｙｃｌｅ）により取得した２次元イメージすなわち、第１イメージ～第３イメージで実現可能であり、１ｃｙｃｌｅ内における第１～第３イメージの取得順序は特に限定されない。

また、第１イメージ～第３イメージを取得する過程と色相値を補正する過程は、並列的に行われてもよい。例示的に、第１イメージが取得された後、第３イメージが取得されて色相値を補正した後、これを第３イメージに次いで取得した第２イメージに適用することができる。このように、第３イメージから取得した明るさ値に基づいて第１イメージの色相値を補正し、第２イメージから求めた３次元形状に適用することで、外部光の影響が最小化された３次元スキャンモデルを取得することができ、使用者は患者に最適な治療を提供することができる。

一方、第３イメージから求めた明るさ値が予め設定された閾値以上であれば、使用者にフィードバックを発生（Ｓ３５）させることができる。例示的に、第３イメージから算出された明るさ値が予め設定された閾値以上であるかを判断（Ｓ３４）する。この時、第３イメージから算出された明るさ値が予め設定された閾値以上の場合、報知信号を発生させて、使用者が認知できるようにする。これによって、使用者は過度に多い外部光が入ってくる場合、外部光の照度を低くすることでスキャンデータのクオリティを高めることができる。報知信号は聴覚的、視覚的、触覚的な方式の少なくとも１つを用いて発生することができ、報知信号の類型は前述した通りである。

このようなフィードバックの発生は、色相値補正ステップと並列的に行うか、色相値補正ステップなしに行うことができ、フィードバック発生有無の判断は前述したので、詳しい説明は省略する。

以下、本発明による外部光干渉除去方法を用いた装置について説明する。重複した構成に関する内容は簡略に述べるか、または省略する。

図１４は、本発明による外部光干渉除去方法を用いた装置１の概略図である。

図１４を参照すれば、本発明による外部光干渉除去方法を用いた装置は、口腔内部に引き込みまたは引き出し可能で一端部を通して口腔内部の様子が光の形態で内部に入射するように開口した開口部が形成されたケースと、ケースの内部に結合されるように形成され、内部に入射した光を収容してイメージを生成するスキャン部１２と、スキャン部１２から取得したイメージに対して、イメージをデジタルデータとして分析するように演算を行う演算部２０とを含むことができる。

本発明による外部光干渉除去方法を用いた装置は、ケースの一端が患者の口腔内部に引き込みおよび引き出しされて患者の口腔内部と直接接触するチップケースと、使用者（治療者）が把持するボディケースとを含むことができる。また、ケースの内部には、少なくとも１つのカメラと、これと電気的に連結されたイメージングセンサを含むスキャン部１２とが形成され、スキャン部１２によってケースの内部に入射した光はカメラによって収容されて、２次元イメージまたは３次元イメージとして生成される。

一方、生成された２次元イメージ、３次元イメージまたは３次元スキャンモデルは、ケースの内部に形成された格納部１３に格納され、通信部１４を介して有／無線的に連結された演算部２０に伝送される。格納部１３に臨時格納された２次元イメージまたは３次元イメージは、後に演算部２０が明るさ値を演算するために使用できる。

演算部２０は、スキャン部１２によって取得したイメージ（２次元イメージまたは３次元イメージ）に対して、イメージを一定間隔の領域に分け、各領域に対する明るさ値を取得することができる。この時、一定間隔の領域は、ピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位であってもよい。取得する明るさ値の形態は、前述のように０から２５５の間の整数で取得可能である。

一方、外部光干渉除去方法を用いた装置は、ケースの内部に結合形成され、内部光を発光して口腔内部を照射する照射部１１をさらに含んでもよい。照射部１１は、口腔内部を照らすために内部光を発するようにし、照射部１１は、光プロジェクタを含むことができる。また、照射部から発する内部光として多様な形態の光が使用できる。例示的に、内部光は、可視光線領域の波長を有する光であってもよい。内部光は、スキャン部１２から取得したイメージを３次元スキャンモデルに変換するために、特定のパターン形態である構造光の形態で照射される。

演算部２０から明るさ値に対する演算が行われたデジタルデータは、３次元スキャンモデルの形態でディスプレイ部３０に表示される。この時、演算部２０の明るさ値の演算は、外部光と内部光がすべて灯った状態で取得した明るさ値から、外部光のみ灯った状態で取得した明るさ値を減算（－）したことを意味することができる。前述した演算部２０の演算によって、ディスプレイ部３０に表示される３次元スキャンモデルは、外部光の影響が除去または最小化されたイメージが３次元変換された形態で表示され、これは使用者が患者の口腔内部に関する精密なデータを取得できるようにするという利点がある。

一方、照射部１１とスキャン部１２は、ケースの内部に結合されるように形成されてスキャナ１０を形成することができ、演算部２０とディスプレイ部３０は、スキャナと離隔して形成可能である。すなわち、スキャナ１０、演算部２０およびディスプレイ部３０は、電気的には連結されるように形成されるが、不可分的に形成されなくてもよい。ただし、構成によって、スキャナ１０自体で演算機能を有するプロセッサを搭載する場合、プロセッサが演算部２０の機能を行って、スキャナ１０と演算部２０とが一体化されて形成されてもよい。

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したに過ぎず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲で多様な修正および変形が可能であろう。

したがって、本発明に開示された実施例は本発明の技術思想を限定するためではなく説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は以下の特許請求の範囲によって解釈されなければならず、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれると解釈されなければならない。

ｇ１、ｇ２、ｇ４：歯肉
ｇ１’、ｇ２’：外部光の除去された歯肉
ｍ１：補綴治療物
ｍ１’：外部光の除去された補綴治療物
ｔ２、ｔ３、ｔ４：歯牙
ｔ２’、ｔ３’：外部光の除去された歯牙
Ｂ：データ空白
Ｓ１１：第１スキャンステップ
Ｓ１２：第２スキャンステップ
Ｓ１３：明るさ算出ステップ
Ｓ１４：演算ステップ
Ｓ２１：スキャンステップ
Ｓ２２：明るさ算出ステップ
Ｓ２３：判断ステップ
Ｓ２４：報知発生ステップ
Ｓ３１：第１データ取得ステップ
Ｓ３２：第２データ取得ステップ
Ｓ３３：第１データ補正ステップ
Ｓ３４：判断ステップ
Ｓ３５：フィードバックステップ
１：外部光干渉除去方法を用いた装置
１０：スキャナ
１１：照射部
１２：スキャン部
１３：格納部
１４：通信部
２０：演算部
３０：ディスプレイ部

Claims (12)

1. 内部光が照射されるスキャン対象の色相情報を取得するステップと、
   外部光による前記スキャン対象の明るさ情報を取得するステップと、
   前記明るさ情報に基づいて前記色相情報を補正するステップと、を含み、
   前記明るさ情報を取得するステップは、前記内部光が消えた状態における前記スキャン対象のイメージから、又は、前記内部光と前記外部光がともに灯っている状態における前記スキャン対象のイメージの前記内部光のパターンの暗部から、前記明るさ情報を取得する、外部光干渉除去方法。
2. 前記色相情報を補正するステップは、前記色相情報の色相値から前記明るさ情報の明るさ値を減算する、請求項１に記載の外部光干渉除去方法。
3. 前記色相値および前記明るさ値は、スキャンイメージのピクセルごとに与えられ、前記色相情報を補正するステップは、前記ピクセルごとに前記色相値から前記明るさ値を減算する、請求項２に記載の外部光干渉除去方法。
4. 前記パターンは、前記暗部が可変する形態で複数回照射され、前記明るさ情報は、複数回照射された前記パターンから取得される、請求項１に記載の外部光干渉除去方法。
5. 前記明るさ情報が基準値以上であれば、報知信号を発生するステップをさらに含む、請求項１に記載の外部光干渉除去方法。
6. 前記明るさ情報の明るさ値は、スキャンイメージのピクセルごとに与えられ、閾値以上の明るさ値を有するピクセルの数が一定個数以上であれば、前記報知信号を発生する、請求項５に記載の外部光干渉除去方法。
7. ３次元スキャンモデルを実現するための第１データを内部光がスキャン対象に照射される状態で取得するステップと、
   外部光による明るさ値を算出するための第２データを取得するステップと、
   前記第２データが含むイメージであって、前記外部光が前記スキャン対象に照射され、前記内部光がスキャン対象に照射されない状態で取得した第３イメージから求めた明るさ値に基づいて前記第１データを補正するステップと、を含む外部光干渉除去方法。
8. 前記第１データは、前記内部光が照射される状態で取得した色相実現のための第１イメージと、３次元形状実現のための第２イメージとを含み、
   前記第１データを補正するステップは、前記第１イメージから求めた色相値から前記第３イメージから求めた明るさ値を減算して取得した補正色相を、前記第２イメージから求めた３次元形状に適用する、請求項７に記載の外部光干渉除去方法。
9. 前記第１データを補正するステップは、前記第１イメージのピクセルごとの色相値から前記第１イメージのピクセルに対応する第３イメージのピクセルごとの明るさ値を減算する、請求項８に記載の外部光干渉除去方法。
10. 前記第１イメージ～第３イメージは、１つの３次元フレーム実現のために取得される２次元イメージである、請求項８に記載の外部光干渉除去方法。
11. 前記第２データから求めた明るさ値が予め設定された閾値以上であれば、フィードバックを発生するステップをさらに含む、請求項７に記載の外部光干渉除去方法。
12. 前記第３イメージのピクセルごとの明るさ値が予め設定された閾値以上であるピクセルの数が一定個数以上であれば、フィードバックを発生するステップをさらに含む、請求項７に記載の外部光干渉除去方法。

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