KR102241837B1 - 컬러를 기록하는 포커스 스캐닝 장치 - Google Patents
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Abstract
상기 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위한 표면 컬러 정보 및 표면 형상 정보 모두가 상기 컬러 이미지 센서에 의해 기록되는 하나의 2D 이미지로부터 적어도 부분적으로 유도되는 대상의 표면 형상 및 표면 컬러를 기록하기 위한 스캐너 시스템 및 방법이 개시된다.
Description
본 출원은 대상들의 표면 형상 및 표면 컬러의 3차원(3D) 스캐닝에 관한 것이다. 구체적으로 본 출원은 특히 구강 스캐닝을 위한 치과 범주의 출원이다.
3D 스캐너들은 기술 분야에 주지되어 있으며, 따라서 치과용 구강 3D 스캐너(예를 들어, Sirona Cerec, Cadent Itero, 3 Shape TRIOS)들이다.
표면 컬러를 기록하는 성능은 다수의 용례에 유용하다. 예를 들어, 치과에 있어서, 사용자는 조직의 형태들을 구별하거나 현재의 회복상황들을 검출할 수 있다. 예를들어, 재료들의 검사에서 사용자는 결정 결함들 또는 변색과 같은 표면 이상들을 검출할 수 있다. 위의 것 중 어느 것도 표면 형상 정보만으로는 일반적으로 가능하지 않다.
WO 2010 145 669호는 컬러를 기록할 가능성을 언급하고 있다. 특히, 상이한 컬러 - 통상적으로 청색, 녹색 및 적색 - 의 조명이라고 각각 생각되는 여러 개의 순차적인 이미지들이 합성 컬러 이미지를 형성하도록 조합된다. 따라서 이러한 접근법은 컬러 필터들과 같은 광원 컬러를 변경시키기 위한 수단을 요구한다. 게다가, 휴대 용도에서 스캐너는 조명 시퀀스 중에 스캔되는 대상에 대해 이동될 것이며, 따라서 합성 컬러 이미지의 품질을 감소시킨다.
또한, US 7 698 068 호 및 US 8 102 538(Cadent Inc.) 호는 하나 또는 그 초과의 이미지 센서(들)에 의해 형상 테이터 및 텍스쳐 데이터 모두를 기록하는 구강 스캐너를 설명한다. 그러나, 상기 공보에는 각각, 컬러와 형상 기록 사이에 약간의 지연이 존재한다. US 7 698 068 호는 합성 이미지를 형성하기 위해서 상이한 컬러들의 순차 조명을 요구하는 반면에, US 8 102 538 호는 그러나 제 2 조명원으로부터 또는 제 2 이미지 센서에 의해 기록될 가능성으로서 백색 광을 언급하며, 그 제 1 세트가 형상을 기록하는데 사용된다.
WO 2012 083967 호는 두 개의 별도의 카메라들에 의해 형상 테이터와 텍스쳐 데이터를 기록하기 위한 스캐너를 설명한다. 제 1 카메라는 멀티 이미지들에 기초한 포커스 스캐닝을 제공하는 것에 관해서 상대적으로 낮은 심도를 갖는 반면에, 제 2 카메라는 단일 이미지로부터 컬러 텍스쳐 정보를 제공하는 것에 관해서 상대적으로 깊은 심도를 가진다.
컬러-기록 스캐닝 공초점 현미경(confocal microscope)들이 또한, 종래 기술(예를 들어, Keyence VK9700; 또한 JP 2004 029373 참조)로부터 공지되어 있다. 컬러 이미지 센서와 함께 백색 광 조명 시스템은 2D 텍스쳐를 기록하는데 사용되는 반면에, 레이저 빔은 스캐닝되고, 즉 표면 전체로 이동되고 광전자증배관에 의해 기록되는 도트를 형성하여, 다수의 심도 측정들로부터 형상 데이터(도트의 각각의 위치에 대해 하나)를 제공한다. 이동 도트의 원리는 측정되는 대상이 측정 중에 현미경에 대해 이동하지 않을 것을 요구하며, 따라서 휴대 용도에 적합하지 않다.
본 출원의 일 양태는 대상의 표면 형상 및 표면 컬러를 기록하기 위한 스캐너 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이며, 여기서 표면 형상과 표면 컬러는 동일하게 캡쳐된 2D 이미지들로부터 유도된다.
본 출원의 일 양태는 대상의 표면 형상 및 표면 컬러를 기록하기 위한 스캐너 시스템을 제공하고자 하는 것이며, 여기서 모든 2D 이미지들은 동일한 컬러 이미지 센서를 사용하여 캡쳐된다.
본 출원의 일 양태는 대상의 표면 형상 및 표면 컬러를 기록하기 위한 스캐너 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이며, 여기서 표면 형상과 표면 컬러와 관련된 정보는 대상의 컬러와 형상 모두를 표현하는 대상의 디지털 3D 묘사를 생성하기 위해서 기록된 표면 형상과 관련된 데이터와 기록된 표면 컬러와 관련된 데이터의 정렬이 요구되지 않도록 동시에 획득된다.
설명되는 것은 대상의 표면 형상 및 표면 컬러를 기록하기 위한 스캐너 시스템이며, 상기 스캐너 시스템은
- 대상을 조명하기 위한 다색 탐침 광(multichromatic probe light)을 제공하도록 구성되는 다색 광원,
- 상기 대상로부터 수용된 광의 하나 또는 그 초과의 2D 이미지들을 캡쳐하기 위한 이미지 센서 픽셀들의 어레이를 포함하는 컬러 이미지 센서, 및
- 상기 컬러 이미지 센서에 의해 기록된 하나의 2D 이미지로부터 상기 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위한 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보 모두를 적어도 부분적으로 유도하도록 구성되는 데이터 처리 시스템을 포함한다.
설명되는 것은 대상의 표면 형상 및 표면 컬러를 기록하는 방법이며, 상기 방법은
- 다색 광원을 포함하는 스캐너 시스템 및 이미지 센서 픽셀들의 어레이를 포함하는 컬러 이미지 센서를 얻는 단계,
- 상기 다색 광원으로부터의 다색 탐침 광에 의해 상기 대상의 표면을 조명하는 단계,
- 상기 컬러 이미지 센서를 사용하여 상기 대상의 일련의 2D 이미지들을 캡쳐하는 단계, 및
- 하나의 캡쳐된 2D 이미지로부터 상기 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위한 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보 모두를 적어도 부분적으로 유도하는 단계를 포함한다.
본 출원의 문맥에서, 문구 "표면 컬러"는 대상 표면의 겉보기 컬러를 지칭할 수 있으며, 따라서 예컨대, 이빨과 같은 반투명 또는 반-반투명(semi-translucent) 대상들에 대한 몇몇 경우에 대상 표면 및/또는 대상 표면 아래의 재료, 예컨대 대상 표면 바로 아래의 재료로부터의 광에 의해 유발될 수 있다.
본 출원의 문맥에서, 문구 "하나의 2D 이미지로부터 적어도 부분적으로 유도되는"은 이미지 센서 픽셀들의 주어진 블록을 위한 표면 형상 정보가 하나의 2D 이미지로부터 적어도 부분적으로 유도되며 그리고 대응하는 표면 컬러 정보가 동일한 2D 이미지로부터 적어도 부분적으로 유도되는 상황을 지칭한다. 상기 문구는 또한, 이미지 센서 픽셀들의 주어진 블록을 위한 표면 형상 정보가 일련의 캡쳐된 2D 이미지들의 복수의 2D 이미지로부터 적어도 부분적으로 유도되며 대응하는 표면 컬러 정보가 그 일련의 캡쳐된 2D 이미지들의 동일한 2D 이미지들로부터 적어도 부분적으로 유도되는 경우들을 커버한다.
하나의 2D 이미지로부터 상기 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위한 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보 모두를 적어도 부분적으로 유도하는 장점은 단지 하나의 이미지 센서를 갖는 스캐너 시스템이 실현될 수 있다는 점이다. 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보가 하나의 2D 이미지로부터 적어도 부분적으로 유도되는 것이 유리한데, 이는 두 가지 형태들의 정보가 동시에 획득되는 것을 본질적으로 제공하기 때문이다. 따라서, 하나의 이미지 센서가 형상을 기록하는데 사용되며 다른 하나의 이미지 센서가 컬러를 기록하는데 사용되는 그런 경우일 수 있는 두 개의 컬러 이미지 센서들의 정확한 작동 타이밍에 대한 요구가 존재하지 않는다. 동일하게, 표면 형상 정보가 유도되는 2D 이미지들의 캡쳐 타이밍과 표면 컬러 정보가 유도되는 2D 이미지들의 캡쳐 타이밍에 있어서의 상당한 차이들을 설명하는 정교한 계산에 대한 필요가 존재하지 않는다.
본 출원의 개시는 단지 하나의 이미지 센서 및 하나의 다색 광원이 요구된다는 점에서, 그리고 표면 컬러와 표면 형상의 정렬이 본질적으로 완전함을 또한 의미하는 대상의 적어도 일부에 대한 표면 컬러와 표면 형상이 동일한 2D 이미지 또는 2D 이미지들로부터 유도될 수 있다는 점에서 최근 기술에 대해서 상당히 개선된 것이다. 본 출원에 따른 스캐너 시스템에 있어서는 표면 형상을 얻는 것과 표면 컬러를 얻는 것 사이에 대상과 스캐너 시스템의 상대 운동을 고려하거나 상대 운동을 보정할 필요가 없다. 표면 형상과 표면 컬러가 동일한 시간에 정확하게 얻어지기 때문에, 스캐너 시스템은 표면 형상과 표면 컬러를 얻는 동시에 대상 표면에 대한 스캐너 시스템의 공간 배치를 자동으로 유지한다. 이는 본 출원의 스캐너 시스템을 예를 들어, 구강 스캐너로서의 휴대 용도에, 또는 이동 대상들을 스캐닝하는데 적합하게 한다. 몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 2D 이미지들로부터, 예컨대, 일련의 캡쳐된 2D 이미지들 내의 복수의 2D 이미지들로부터 이미지 센서 픽셀들의 상기 블록을 위한 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보를 유도하도록 구성된다. 즉, 데이터 처리 시스템은 표면 형상 정보가 유도되는 2D 이미지들 중의 하나 이상으로부터 이미지 픽셀들의 블록을 위한 표면 형상 정보를 유도하고 또한 표면 컬러 정보를 유도하기 위해서 일련의 캡쳐된 2D 이미지들 내의 복수의 2D 이미지들을 분석할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 일련의 캡쳐된 2D 이미지들 중의 복수의 2D 이미지들로부터 표면 컬러 정보를 유도하고 표면 컬러 정보가 유도되는 2D 이미지들 중의 하나 이상으로부터 표면 형상 정보를 유도하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 일련의 캡쳐된 2D 이미지들 중의 복수의 2D 이미지들로부터 표면 형상 정보를 유도하고 표면 형상 정보가 유도되는 2D 이미지들 중의 하나 이상으로부터 표면 컬러 정보를 유도하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 표면 컬러 정보가 유도되는 2D 이미지들의 세트는 표면 형상 정보가 유도되는 2D 이미지들 세트와 동일하다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 이미지 센서 픽셀들의 복수의 블록들로부터 유도되는 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보에 기초하여 대상 표면의 일부에 대한 서브-스캔을 생성하도록 구성된다. 서브-스캔은 적어도 대상의 일부에 대한 형상을 표현하며 통상적으로 하나의 서브-스캔은 캡쳐된 2D 이미지들의 하나의 스택으로부터 유도된다.
몇몇 실시예들에서, 캡쳐된 일련의 이미지들에 대한 모든 2D 이미지들은 컬러 이미지 센서 상의 이미지 센서 픽셀들의 각각의 블록을 위한 표면 형상 정보를 유도하도록 분석된다. 이미지 센서 픽셀들의 주어진 블록을 위해서 스택 내의 캡쳐된 2D 이미지들의 대응하는 부분들은 그 블록을 위한 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보를 유도하도록 분석될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 표면 형상 정보는 이미지 센서 픽셀들의 그 특정 블록을 위한 스캐너 시스템 좌표계에 대해 대상 표면이 어디에 위치되는가에 관한 것이다.
본 출원의 스캐너 시스템 및 방법의 하나의 장점은 (하나의 뷰로부터 보여진대로)대상의 형상 및 컬러 모두를 표현하는 서브-스캔을 생성하는데 사용되는 정보들이 동시에 얻어진다는 점이다.
서브-스캔들은 대상에 대한 다수의 상이한 뷰들이 함께 표면의 부분을 커버하도록 다수의 상이한 뷰들에 대해 생성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 대상에 대한 디지털 3D 묘사를 생성하기 위해서 다수의 서브-스캔들을 조합하도록 구성된다. 그 후 대상에 대한 디지털 3D 묘사는 바람직하게 대상에 대한 기록된 형상 및 컬러 모두를 표현한다.
대상에 대한 디지털 3D 묘사는 데이터 파일의 형태일 수 있다. 대상이 환자의 이빨 세트일 때, 이러한 이빨 세트에 대한 디지털 3D 묘사는 예를 들어, 환자의 이빨 세트에 대한 물리적 모델의 CAD/CAM 제작에 사용될 수 있다.
표면 형상 및 표면 컬러는 모두 컬러 이미지 센서에 의해 기록되는 광으로부터 결정된다.
몇몇 실시예들에서, 대상으로부터 수용된 광은 다색 광원으로부터 비롯된다. 즉, 이는 대상의 표면으로부터 반사 또는 산란된 탐침 광이다.
몇몇 실시예들에서, 대상으로부터 수용된 광은 다색 광원으로부터의 탐침 광에 의해 여기된 발광, 즉 대상 표면 내의 발광 재료들에 의해 방출된 발광을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 제 2 광원은 다색 광원이 대상의 형상 및 컬러를 얻기 위한 광을 제공하는 동안에 발광을 여기시키는데 사용된다.
스캐너 시스템은 바람직하게, 스캔될 대상 쪽으로 다색 광원에 의해 방출된 광을 안내하도록 그리고 상기 대상에 대한 2D 이미지들이 상기 컬러 이미지 센서에 의해 캡쳐될 수 있도록 수용된 광을 대상으로부터 컬러 이미지 센서로 안내하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너 시스템은 대상 쪽으로 다색 광원으로부터의 탐침 광을 전달하기 위한, 렌즈들의 배열체와 같은 제 1 광학 시스템, 및 컬러 이미지 센서에서 대상으로부터 수용된 광을 이미지화하기 위한 제 2 광학 시스템을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 단일 광학 시스템은 바람직하게, 동일한 광학 축선을 따라, 그러나 광학 축선을 따라 반대 방향들로 대상에 탐침 광을 이미지화하고 컬러 이미지 센서 상에 대상을 이미지화하거나 대상의 적어도 일부를 이미지화한다. 스캐너는 광학 경로 내에 위치되는 하나 이상의 빔 스플리터를 포함할 수 있으며, 이 경우에 빔 스플리터는 대상으로부터 수용된 광을 컬러 이미지 센서 쪽으로 지향시키는 반면에 다색 광원으로부터 수용된 탐침 광을 대상 쪽으로 지향시키도록 배열된다.
삼각측량법 및 포커스 스캐닝과 같은 여러 스캐닝 원리들이 적합하다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너 시스템은 스캐너 시스템의 광학 축선을 따라 초점 면을 이동시키며 일련의 캡쳐된 2D 이미지들 각각이 2D 이미지들의 스택을 형성하도록 상이한 초점 면 위치들에서 2D 이미지들을 캡쳐하도록 작동하는 포커스 스캐너 시스템이다. 초점 면 위치는 바람직하게 스캐너 시스템의 광학 축선을 따라 변환되어서, 광학 축선에 따른 다수의 초점 면 위치들에서 캡쳐되는 2D 이미지들이 대상의 주어진 뷰를 위한, 즉 대상에 대한 스캐너 시스템의 주어진 배열을 위한 2D 이미지들의 상기 스택을 형성하게 된다. 대상에 대한 스캐너 시스템의 배열을 변경한 후에 그 뷰를 위한 2D 이미지들의 새로운 스택이 캡쳐될 수 있다. 초점 면 위치는 하나 이상의 초점 요소, 예를 들어 이동 초점 렌즈에 의해 변화될 수 있다.
몇몇 포커스 스캐너 실시예들에서, 스캐너 시스템은 공간 패턴을 상기 탐침 광 내에 통합하도록 구성되는 패턴 생성 요소를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 패턴 생성 요소는 대상으로 스캐너 시스템에 의해 투사된 탐침 광이 암 섹션(dark section)들 및 다색 광원의 파장 분포에 따른 파장 분포를 갖는 광을 구비한 섹션들로 이루어지는 패턴을 포함하는 것을 제공하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 다색 광원은 백색 광원과 같은 광대역 광원을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 컬러 이미지 센서 및 패턴 생성 요소의 픽셀들은 각각의 픽셀이 상기 탐침 광 내에 통합된 공간 패턴의 단일 명 영역(bright region)과 암 영역에 대응하는 것을 제공하도록 구성된다.
포커스 스캐너 시스템을 위해서 이미지 센서 픽셀들의 주어진 블록을 위한 표면 형상 정보는 스캐너 시스템으로부터 어느 거리에서 대상 표면이 이미지 센서 픽셀들의 블록에 대해 초점이 맞았는지를 식별함으로써 유도된다.
몇몇 실시예들에서, 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보를 유도하는 것은 여러 2D 이미지들에 대하여 예컨대, 2D 이미지들의 캡쳐된 스택 내의 여러 2D 이미지들에 대하여, 이미지 센서 픽셀들의 상기 블록에 의해 캡쳐된 2D 이미지의 일부분과 가중 함수 사이의 상관관계 측정을 계산하는 것을 포함한다. 여기서, 가중 함수는 바람직하게 공간 패턴의 구성에 대한 정보를 기초로 하여 결정된다. 상관관계 측정은 스택의 각각의 2D 이미지에 대해 계산될 수 있다.
스캐너 시스템은 하나 이상의 이미지 픽셀과 가중 함수 사이의 각각의 초점 면 위치에서의 상관관계 측정을 평가하기 위한 수단을 포함할 수 있으며, 여기서 가중 함수는 공간 패턴의 구성에 대한 정보를 기초로 하여 결정된다.
몇몇 실시예들에서, 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위한 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보를 유도하는 것은 대응하는 상관관계 측정이 최대값을 갖는 광학 축선에 따른 위치를 식별하는 것을 포함한다. 대응하는 상관관계 측정이 최대값을 갖는 광학 축선에 따른 위치는 2D 이미지가 캡쳐되었던 위치와 일치할 수 있으나 이는 2D 이미지들의 스택의 두 개의 이웃하는 2D 이미지들 사이에 있을 가능성이 훨씬 더 클 수 있다.
따라서 표면 형상 정보를 결정하는 것은 초점 면의 모든 위치에 대해 (우리가 기준이라고 칭하는)패턴 자체에 대한 변수를 갖는 패턴에 의해 제공되는 공간적으로 구조화된 광 신호의 상관관계 측정을 계산하는 것과 2D 이미지들의 이러한 스택에 대한 극값의 위치를 발견하는 것과 관련될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 패턴은 정적이다. 그와 같은 정적 패턴은 예를 들어, 크롬-온-글라스 패턴(chrome-on-glass pattern)으로서 실현될 수 있다.
별개의 측정치들 세트에 대한 상관관계 측정을 수학적으로 정의하는 하나의 방식은 신호 벡터로부터 계산된 내적(dot product), I = (/1, ..., /n)이며, 여기서 n > 1 요소들은 센서 신호들 및 기준 가중치들의 기준 벡터, f = (f1, ..., fn)를 나타낸다. 따라서, 상관관계 측정 A는
로 주어진다.
신호 벡터에서 요소들에 관한 지수는 상이한 픽셀들에, 통상적으로 픽셀들의 블록 내에 기록되는 센서 신호들을 나타낸다. 기준 벡터 f는 교정 단계에서 얻어질 수 있다.
스캐너에 사용된 광학 시스템의 지식을 사용함으로써, 상관관계 측정의 극값의 위치, 즉 초점 면을 심도 데이터 정보로 픽셀 블록 기반으로 변형시키는 것이 가능하다. 따라서 조합된 모든 픽셀 블록들은 심도 데이터의 어레이를 제공한다. 환언하면, 심도는 광학 디자인으로부터 공지되고/되거나 교정으로부터 발견되는 광학 경로를 따른 것이며, 이미지 센서 상의 픽셀들의 각각의 블록은 광학 경로의 종점을 나타낸다. 그러므로, 경로 번들에 대한 광학 경로를 따른 심도는 스캐너의 시야, 즉 현재 뷰에 대한 서브-스캔 내에 표면 형상을 만들어낸다.
일련의 상관관계 측정치들을 스무드화(smooth)하고 보간(interpolate)하는 것, 예컨대 최대 위치에 대한 더 확실하고 정확한 결정을 얻는 것이 유리할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 서브-스캔을 생성하는 것은 이미지 센서 픽셀들의 각각의 블록에 대해 광학 축선을 따른 상관관계 측정의 변동을 설명하는 상관관계 측정 함수를 결정하는 것과 상관관계 측정 함수들이 블록을 위한 이들의 최대값을 갖는 광학 축선에 따른 위치를 식별하는 것을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 최대 상관관계 측정치는 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위한 가장 높게 계산된 상관관계 측정치이고/이거나 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위한 상관관계 측정 함수의 가장 높은 최대값이다.
예를 들어, 다항식은 기록된 최대값의 양측 상의 여러 이미지들의 픽셀 블록을 위한 A의 값들로 맞춰질 수 있으며, 감산된 최대값의 위치는 두 개의 이미지들 사이에 있을 수 있는 맞춰진 다항식(fitted polynomial)의 최대값으로부터 발견될 수 있다. 감산된 최대값은 이후에, 현재 뷰로부터 표면 형상을 유도할 때, 즉 그 뷰에 대한 서브-스캔을 유도할 때 심도 데이터 정보로서 사용된다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 상관관계 측정이 이미지 센서 픽셀들의 대응 블록을 위한 최대값을 가지는 일련의 2D 이미지의 표면 컬러 정보에 기초하여 생성된 서브-스캔 상의 지점에 대한 컬러를 결정하도록 구성된다. 컬러는 예를 들어, 이미지 센서 픽셀들의 상기 블록 내의 픽셀들을 위한 RGB 값으로서 판독될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 상관관계 측정이 이미지 센서 픽셀들의 대응 블록을 위한 최대값을 가지는 일련의 2D 이미지들의 표면 컬러 정보에 기초하여 그리고 일련의 캡쳐된 2D 이미지들로부터의 이웃하는 2D 이미지와 같은 하나 이상의 추가의 2D 이미지에 기초하여 생성된 서브-스캔 상의 지점에 대한 컬러를 결정하도록 구성된다. 표면 컬러 정보는 표면 형상 정보가 유도되는 2D 이미지들 중의 하나 이상으로부터 여전히 유도된다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 일련의 이웃한 2D 이미지들의 표면 컬러 정보에 대한 보간과 같은 서브-스캔 컬러를 결정할 때 일련의 2 이상의 2D 이미지들에 대한 표면 컬러 정보를 보간하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 서브-스캔의 다수의 지점들에 대한 스무딩화된 컬러를 연산하도록 구성되며, 여기서 연산하는 것은 서브-스캔 상의 주변 지점들에 대한 컬러들을 가중 평균화하는 것과 같은 상이한 지점들에 대한 서브-스캔 컬러들을 평균화하는 것을 포함한다.
이미지 센서 픽셀들의 블록을 위한 표면 컬러 정보는 표면 형상 정보가 유도되는 동일한 이미지로부터 적어도 부분적으로 유도된다. A의 최대값의 위치가 2D 이미지에 의해 나타내지는 경우라면, 컬러는 또한 그 동일한 이미지로부터 유도된다. A의 최대값의 위치가 두 개의 이미지들 사이에 있는 것으로 보간에 의해 발견되는 경우라면, 이들 두 개의 이미지들 중의 하나 이상이 컬러를 유도하는데 사용되어야 하거나, 두 개의 이미지들은 또한 컬러에 대한 보간을 사용한다. 상관관계 측정의 최대값 위치의 결정에 사용되는 2 개 초과의 이미지들로부터 컬러 데이터를 평균화하거나, 표면 형상을 유도하는데 사용되는 멀티 이미지들의 서브세트(subset) 또는 슈퍼세트(superset)로부터 컬러를 평균화하는 것이 가능하다. 어쨌든, 몇몇 이미지 센서 픽셀들의 판독들은 스캔된 대상의 적어도 일부에 대한 표면 컬러와 표면 형상 모두를 유도하는데 사용된다.
통상적으로, 3 개의 컬러 필터들이 있으며, 따라서 전체 컬러는 적색, 녹색 및 청색, 또는 시안색, 마젠타색 및 황색과 같은 3 원색들로 구성된다. 컬러 필터들은 통상적으로 다양한 파장들의 통과를 허용하며 통상적으로 필터들 사이에 누화(cross-talk)가 있어서 예를 들어, 일부 녹색 광이 적색 필터들에 의해 픽셀들에서 측정된 세기에 기여하게 됨에 주목해야 한다.
컬러 필터 어레이를 갖춘 이미지 센서에 대해서, 픽셀 블록 내의 컬러 성분(cj)은 다음과 같이 얻어질 수 있다.
여기서, gji = 1이며, 픽셀(i)이 컬러를 위한 필터(cj)를 가지면, 이와는 달리 0이다. 베이어 패턴(Bayer pattern)에서와 같은 RGB 필터 어레이에 대해서, j는 적색, 녹색, 또는 청색 중에 하나이다. 개별 컬러 성분들의 추가의 가중화, 즉 컬러 교정은 통상적으로, 필터 효율, 조명원 효율, 및 필터 패턴 내의 컬러 성분들의 상이한 부분을 변경시키기 위한 보정으로서 천연 컬러 데이터를 얻기 위해서 요구될 수 있다. 교정은 또한, 초점 면 위치 및/또는 시야 내의 위치에 의존할 수 있는데, 이는 광원 성분 컬러들의 혼합이 이들 인자들에 따라 변경될 수 있기 때문이다.
몇몇 실시예들에서, 표면 컬러 정보는 픽셀 블록 내의 모든 픽셀에 대해 얻어진다. 컬러 필터 어레이 또는 회절 수단과 같은 컬러들을 분리하기 위한 다른 수단을 갖춘 컬러 이미지 센서들에서, 특정 픽셀에 대해 측정된 컬러에 따라서 그 컬러에 대한 세기 값이 얻어진다. 환언하면, 이런 경우에 특정 픽셀은 단지 하나의 컬러를 위한 컬러 값을 가진다. 최근 발전된 컬러 이미지 센서들은 기판 내의 상이한 심도들에서 동일 픽셀 내의 여러 컬러들의 측정을 허용하며, 따라서 그 경우에 특정 픽셀은 여러 컬러들을 위한 세기 값을 산출할 수 있다. 요약하면, 표면 형상 정보의 해상도보다 본질적으로 더 높은 표면 컬러 데이터에 대한 해상도를 얻는 것이 가능하다.
유도된 컬러의 해상도가 대상에 대한 생성된 디지털 3D 묘사를 위한 표면 형상의 해상도보다 더 높은 실시예들에서, 바람직하게는 컬러가 유도되는 때가 그런 경우인 적어도 대략적으로 초점이 맞춰진 때에 패턴이 보이게 될 것이다. 이미지는 예컨대, 패턴을 시각적으로 제거하도록 필터링될 수 있지만, 해상도가 손실된다. 실제로, 사용자에게 패턴을 볼 수 있게 하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 구강 스캐닝에서 준비를 위한 한계선, 테두리 또는 에지의 위치를 검출하는 것이 중요할 수 있다. 이러한 에지의 형상에 중첩되는 패턴의 이미지는 대략 수직하게 보이는 쪽에서 더 예리하며, 예각으로 보이는 쪽에서 더 흐릿하다. 따라서, 이런 예에서 통상적으로 치과의사 또는 치과 기공사인 사용자는 단지 표면 형상만을 시험하는 것으로부터 가능할 수 있는 것보다 더 정밀하게 한계선의 위치를 위치시키는데 샤프니스의 차이를 이용할 수 있다.
대상에 대한 인-포커스(in-focus) 패턴 이미지의 높은 공간 콘트라스트는 컬러 이미지 센서의 상관관계 측정에 대한 양호한 신호대 잡음 비를 얻는데 바람직하다. 개선된 공간 콘트라스트는 컬러 이미지 센서의 대상으로부터 특정 표면 반사의 우선적인 이미지화에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들은 특별 반사광의 우선적인/선택적인 이미지화를 위한 수단을 포함한다. 이는 스캐너가 예를 들어, 하나 이상의 편광 빔 스플리터에 의해 탐침 광을 편광시키기 위한 수단을 더 포함하는 경우에 제공될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 편광 광학기기들이 예컨대, 표면 형상을 기록하는데 사용되는 다색 광원의 스펙트럼의 일부에 대한 원 편광의 보존을 최적하도록 코팅된다.
스캐너 시스템은 탐침 광 및/또는 대상으로부터 수용된 광의 편광 상태를 변경하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 이는 바람직하게, 광학 경로 내에 위치되는 지연 판에 의해 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 지연 판은 1/4 파장 지연 판이다.
특히, 스캔된 대상이 예를 들어, 환자의 이빨 세트인 구강 용례들에 대해서, 스캐너는 탐침 광을 지향시키고/시키거나 대상을 이미지화하기 위한 수단을 갖춘 긴 선단부를 가질 수 있다. 이는 하나 이상의 폴딩 요소(folding element)에 의해 제공될 수 있다. 폴딩 요소는 미러 또는 프리즘과 같은 광 반사 요소일 수 있다. 따라서 탐침 광은 폴딩 요소에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 광학 축선을 따라서 스캐너 시스템으로부터 나온다.
포커스 스캐닝 기술의 더 상세한 설명에 대해서는 WO 2010145669 호 참조.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 디지털 3D 묘사가 대상의 형상과 컬러 프로파일 모두를 표현하도록 대상의 생성된 디지털 3D 묘사의 하나 이상의 지점에 대한 컬러를 결정하도록 구성된다. 컬러는 대상의 스캔된 부분에 대한 컬러 프로파일이 디지털 3D 묘사에 의해 표현되도록 생성된 디지털 3D 묘사의 여러 지점들에 대해 결정될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 대상 컬러를 결정하는 것은 대상 표면의 그 지점에 있는 중첩 서브-스캔들에서 대응하는 지점들에 대해 유도된 컬러 값들의 가중 평균을 연산하는 것을 포함한다. 따라서 이러한 가중 평균은 대상의 디지털 3D 묘사에서 지점의 컬러로서 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 캡쳐된 2D 이미지들에서 포화된 픽셀들을 검출하며 픽셀 포화에 의해 유발된 유도 표면 컬러 정보 또는 서브-스캔 컬러에서 에러를 완화 또는 제거하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 포화 픽셀에 의해 유발된 에러는 서브-스캔의 간략화된 컬러의 연산에서 포화 픽셀의 표면 컬러 정보에 낮은 가중치를 할당하고/하거나 포화 픽셀에 기초하여 연산된 서브-스캔의 컬러에 낮은 가중치를 할당함으로써 완화 또는 제거된다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 대상에 대해 생성된 서브-스캔들 및/또는 캡쳐된 2D 이미지들의 섹션에 대한 유도된 표면 컬러 정보를 이빨 및 구강 조직에 대한 예정된 컬러 범위들과 비교하며, 그리고 컬러가 두 개의 예정된 컬러 범위들 중의 하나가 아닌 섹션들에 대한 서브-스캔 컬러 또는 유도된 표면 컬러 정보의 적색 성분을 억제하도록 구성된다.
여기서 설명된 스캐너 시스템은 다색 광원, 예를 들어 백색 광원, 예를 들어 멀티-다이 LED를 포함한다.
스캔된 대상으로부터 수용된 광, 예컨대 대상 표면으로부터 복귀된 탐침 광 또는 대상의 발광 부분들을 여기시킴으로써 탐침 광에 의해 생성된 발광이 컬러 이미지 센서에 의해 기록된다. 몇몇 실시예들에서, 컬러 이미지 센서는 컬러 이미지 센서 내의 모든 픽셀이 컬러-특정 필터인 컬러 필터 어레이를 포함한다. 컬러 필터들은 예를 들어, 컬러 필터들이 베이어 컬러 필터 패턴에 따라 배열되는 규칙적 패턴으로 바람직하게 배열된다. 이렇게 얻은 이미지 데이터는 픽셀들의 각각의 블록을 위한 표면 형상과 표면 컬러 모두를 유도하는데 사용된다. 상관관계 측정을 사용하는 포커스 스캐너를 위해서, 표면 형상은 전술한 바와 같이 상관관계 측정의 극값으로부터 발견될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 표면 형상은 다색 광원에 의해 제공되는 탐침 광의 스펙트럼의 제 1 부분 내의 광으로부터 유도된다.
바람직하게, 컬러 필터들은 바람직하게, 각각의 픽셀이 단지 특정 컬러를 위한 컬러 필터를 갖도록 이미지 센서 픽셀들과 정렬된다.
몇몇 실시예들에서, 컬러 필터 어레이는 스펙트럼의 제 1 부분과 일치하는 컬러 필터들에 대한 픽셀들의 그 비율이 50% 보다 클 정도이다.
몇몇 실시예들에서, 표면 형상 정보는 다색 광원에 의해 제공된 스펙트럼의 선택된 파장 범위 내의 광으로부터 유도된다. 따라서, 다른 파장 범위들 내의 광은 표면 형상 정보를 유도하는데 사용되지 않는다. 이는 스캐너 시스템의 광학 시스템 내에 있는 광학 요소들의 색 분산이 대상의 스캐닝에 영향을 끼치지 않는다는 장점을 제공한다.
단지, 하나 또는 두 개 형태들의 컬러 필터들을 갖는 픽셀들로부터만 표면 형상을 연산하는 것이 바람직할 수 있다. 단일 컬러는 색지움 광학기기들을 요구하지 않으며 따라서 제조하는 것이 쉽고 저렴한 스캐너를 제공한다. 게다가, 폴딩 요소들은 일반적으로 모든 컬러들에 대한 편광 상태를 아주 균일하게 보존할 수 없다. 단지 몇몇 컬러(들)가 표면 형상을 연산하는데 사용될 때, 기준 벡터(f)는 다른 컬러(들)를 위한 필터들을 갖춘 픽셀들에 대해 0을 포함할 것이다. 따라서, 전체 신호 강도는 일반적으로 감소되지만, 픽셀들의 아주 충분한 블록들에 대해서는 일반적으로 여전히 충분하다. 우선적으로, 픽셀 컬러 필터들은 하나의 컬러로부터 다른 컬러(들)로 거의 누화가 없도록 구성된다. 단지 픽셀 서브세트들로부터 형상을 연산하는 실시예들에서 조차도, 컬러는 바람직하게 모든 픽셀들로부터 여전히 연산된다는 점에 주목해야 한다.
몇몇 실시예들에서, 컬러 이미지 센서는 3가지 이상의 종류들의 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이를 포함하며, 이들 각각은 각각의 공지된 파장 범위(각각 W1, W2, W3) 내의 광이 컬러 필터를 통해 전파될 수 있게 한다.
몇몇 실시예들에서, 컬러 필터 어레이는 스펙트럼의 선택된 파장 범위와 일치하는 컬러 필터들을 갖춘 픽셀들의 그의 비율이 50%보다 클 정도이며, 그와 같은 비율은 32/36, 60/64 또는 96/100과 동일하다.
몇몇 실시예들에서, 선택된 파장 범위는 W2 파장 범위와 일치한다.
몇몇 실시예들에서, 컬러 필터 어레이는 6 × 6 컬러 필터들의 복수의 셀들을 포함하며, 여기서 각각의 셀의 위치[(2,2), (5,5)]들에 있는 컬러 필터들은 W1 형태이며, 위치[(2,5), (5,2)]들에 있는 컬러 필터들은 W3 형태이다. 여기서 필터의 W1형태는 공지된 파장 범위(W1)에 있는 광이 컬러 필터를 통해 전파될 수 있게 하는 컬러 필터(W1)이며 W2 및 W3 형태의 필터들에 대해서도 유사하다. 몇몇 실시예들에서, 6 × 6 셀의 나머지 32 컬러 필터들은 W2 형태이다.
RGB 컬러 시스템에서, W1은 적색 광에, W2는 녹색 광에, 그리고 W3는 청색 광에 대응할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너는 표면 형상보다 더 높은 해상도를 갖춘 표면 컬러를 유도하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 더 높은 표면 컬러 해상도는 디모자이싱(demosaicing)에 의해 달성되며, 여기서 픽셀 블록들에 대한 컬러 값들은 표면 형상 내에 존재하는 것보다 컬러 이미지의 더 높은 겉보기 해상도를 달성하도록 디모자이싱될 수 있다. 디모자이싱은 픽셀 블록들 또는 개별 픽셀들에서 작동할 수 있다.
멀티-다이 LED 또는 물리적 또는 광학적으로 분리된 광 이미터들을 포함하는 다른 조명원이 사용되는 경우에, 스캐너에서 쾰러형 조명을 목적으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 조명원은 전체 시계에 대한 균일한 조명 및 양호한 컬러 혼합을 달성하기 위해서 대상 평면에서 디포커싱된다. 컬러 혼합이 완전하지 않고 초점 면 위치에 따라 변화하는 경우에, 스캐너에 대한 컬러 교정이 유리할 것이다.
몇몇 실시예들에서, 패턴 생성 요소는 공간 패턴이 바둑판무늬 패턴(checkerboard pattern)으로 배열되는 교대하는 명암 영역들을 포함하는 것을 제공하도록 구성된다. 따라서 스캐너 시스템에 의해 제공되는 탐침 광은 다색 광원과 동일한 파장 분포를 갖는 광을 구비한 섹션들 및 암 섹션들로 이루어지는 패턴을 포함한다.
대상에 대한 표면 형상과 컬러 묘사 모두를 표현하는 디지털 3D 표사, 즉 대상 표면의 상기 부분에 대한 컬러화된 디지털 3D 묘사를 얻기 위해서, 통상적으로 여러 개의 서브-스캔들, 즉 대상의 부분 묘사들이 조합되어야 하며, 여기서 각각의 서브-스캔들은 물체에 대한 하나의 뷰를 제시한다. 주어진 상태 위치로부터 뷰를 표현하는 서브-스캔은 바람직하게, 그 상대 위치로부터 본 바와 같은 대상 표면의 형상 및 컬러를 기록한다.
포커스 스캐너를 위해서, 뷰는 초점 요소(들)의 한 번의 패스에 대응한다. 즉, 포커스 스캐너를 위해서, 각각의 서브-스캔은 그의 극값 위치들 사이에서 초점 면 위치의 패스 중에 기록된 2D 이미지들의 스택으로부터 유도되는 표면 형상과 컬러이다.
다양한 뷰들에 대해 발견되는 표면 형상은 예를 들어, 스캐너가 인코더들의 축선에 장착될 때 문헌에서 주지된 대로, 또는 공지된 뷰 위치들 및 방위들로부터 스티칭(stitching) 및 등록을 위한 알고리즘들에 의해 조합될 수 있다. 컬러는 텍스쳐 위빙(texture weaving)과 같은 방법들에 의해 또는 표면 상의 동일한 위치에 대한 멀티플 뷰들에서 대응하는 컬러 성분들의 간단한 평균화에 의해 보간되고 평균화될 수 있다. 여기서, 표면 형상이 또한 공지되기 때문에 가능한, 입사 및 반사의 상이한 각도들로 인한 겉보기 컬러의 차이를 고려하는 것이 유리할 수 있다. 텍스쳐 위빙은 예를 들어, Callieri M, Cignoni P, 및 Scopigno R의 "다중 범위 rgb 맵으로부터 텍스쳐 메쉬들의 재구성" VMV 2002, Erlangen, 11월 20-22, 2002에 설명되어 있다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너 및/또는 스캐너 시스템은 얻어진 표면 컬러 및 표면 형상에 기초하여 대상 표면의 서브-스캔을 생성하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너 및/또는 스캐너 시스템은 대상의 적어도 일부분에 대한 표면 형상 및 컬러를 표현하는 디지털 3D 묘사를 생성하기 위해서 상이한 상대 위치들로부터 얻어진 대상 표면의 서브-스캔들을 조합하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 표면 형상 및 컬러를 표현하는 디지털 3D 묘사를 얻기 위해서 대상의 서브-스캔들의 조합은 각각의 표면 지점에 있는 컬러를 그 표면 지점에 있는 모든 중첩 서브-스캔들 내의 대응 지점들의 가중 평균으로서 연산하는 것을 포함한다. 합계에서 각각의 서브-스캔에 대한 가중치는 서브-스캔이 기록될 때 스캐너에 대한 대상 표면의 방위 또는 포화 픽셀 값들의 존재와 같은 여러 인자들에 의해 결정될 수 있다.
그와 같은 가중 평균은 대상에 대한 몇몇 스캐너 위치들 및 방위가 다른 위치들 및 방위들보다 실제 컬러에 대한 양호한 추정을 부여하게 되는 경우들에 유리하다. 대상 표면의 조명이 불균일하다면, 이는 양호하게 조명된 부분들을 더 높게 가중함으로써 어느 정도 또한 보정될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너 시스템의 데이터 처리 시스템은 대상에 대한 표면 형상, 표면 컬러 판독, 또는 유도된 서브-스캔 또는 디지털 3D 묘사의 후-처리를 수행하도록 구성되는 이미지 프로세서를 포함한다. 스캐너 시스템은 예를 들어, 이미지 프로세서에 의해 실행된 컴퓨터 실행 알고리즘들을 사용하여 서브-스캔들의 조합을 수행하도록 구성될 수 있다.
스캐너 시스템은 표면 형상, 표면 컬러, 서브-스캔 및/또는 디지털 3D 묘사의 후처리의 일부로서 예를 들어, 데이터 처리 시스템에 의해 실행되는 컴퓨터 실행 알고리즘들을 사용하여 서브-스캔들의 조합을 수행하도록 구성될 수 있다. 즉, 후처리는 각각의 표면 지점에 있는 컬러를 그 표면 지점에 있는 모든 중첩 서브-스캔들 내의 대응 지점들의 가중 평균으로서 연산하는 것을 포함한다.
포화 픽셀 값들은 바람직하게, 표면 컬러의 기록에 있어서 하일라이트 효과를 감소시키도록 낮은 가중치를 가져야 한다. 표면의 주어진 부분에 대한 컬러는 바람직하게, 픽셀 값들이 포화되는 그런 경우는 아닌 컬러가 정밀하게 결정될 수 있는 2D 이미지들로부터 주로 결정되어야 한다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너 및/또는 스캐너 시스템은 캡쳐된 2D 이미지들에서 포화 픽셀들을 검출하고 픽셀 포화에 의해 유발된 얻어진 컬러 내의 에러를 완화 또는 제거하도록 구성된다. 포화 픽셀에 의해 유발된 에러는 가중 평균에서 포화 픽셀에 낮은 가중치를 할당함으로써 완화 또는 제거될 수 있다.
정반사 광은 대상 표면의 컬러 이외에 광원의 컬러를 가진다. 대상 표면이 순수한 백색 반사기가 아니라면, 따라서 정반사는 픽셀 컬러가 광원 컬러와 아주 일치하는 구역들로서 식별될 수 있다. 따라서 표면 컬러를 얻을 때, 그와 같은 정반사들을 보정하기 위해서 컬러 값들이 다색 광원의 컬러와 아주 일치하는 픽셀들 또는 픽셀 그룹들에 낮은 가중치를 할당하는 것이 유리하다.
정반사들은 또한, 환자의 이빨 세트를 구강 내 스캐닝할 때 문제가 될 수 있는데, 이는 이빨들이 완전 백색인 경우는 드물기 때문이다. 따라서, 컬러 이미지들 센서로부터의 판독들에 의해 대상의 표면이 순수한 백색 반사기임을 나타내는 픽셀들에 대해서 이러한 픽셀 그룹에 의해 기록된 광이 구강 내의 이빨 또는 연질 조직으로부터의 정반사에 의해 유발된 것이라고 추정하는 것이 유리하며 따라서 정반사들을 보정하도록 이들 픽셀들에 낮은 가중치를 할당하는 것이 유리하다.
몇몇 실시예들에서, 대상 표면으로부터의 정반사들의 보정은 교정 대상이 예를 들어, 순수 백색 반사기의 형태로 스캐닝되는 스캐너의 교정으로부터 유도되는 정보를 기초로 한다. 그러므로, 컬러 이미지 센서 판독들은 다색 광원의 스펙트럼 및 예를 들어, 광학 시스템 내의 미러들의 파장 의존 반사율에 의해 유발된 스캐너의 광학 시스템의 파장 의존성에 의존한다. 광학 시스템이 다색 광원의 모든 파장들에 대해 광을 아주 균일하게 안내한다면, 컬러 이미지 센서는 순수한 백색 반사기가 스캐닝될 때 (스펙트럼으로서 또한 지칭되는)다색 광원의 컬러를 기록할 것이다.
몇몇 실시예들에서, 표면으로부터의 정반사들의 보정은 스캐너의 광학 시스템의 파장 의존성, 다색 광원의 스펙트럼 및 컬러 이미지 센서의 파장 의존 감도에 기초한 계산으로부터 유도되는 정보를 기초로 한다. 몇몇 실시예들에서, 스캐너는 더 양호한 컬러 측정을 달성하도록 정반사 광을 광학적으로 억제하는 수단을 포함한다. 이는 스캐너가 예를 들어, 하나 이상의 편광 빔 스플리터에 의해서 탐침 광을 편광시키는 수단을 더 포함하는 경우에 제공될 수 있다.
구강 내부를 스캐닝할 때, 잇몸, 팔레트(palette), 혀 또는 볼 조직과 같은 주변 조직에 대한 탐침 광 조명에 의해 유발되는 적색 주위 광이 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 따라서 스캐너 및/또는 스캐너 시스템은 기록된 2D 이미지들 내의 적색 성분을 억제하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너 및/또는 스캐너 시스템은 대상의 서브-스캔들 및/또는 캡쳐된 2D 이미지들의 섹션들의 컬러를 각각 이빨 및 구강 조직에 대한 예정 컬러 범위들과 비교하며 컬러가 두 개의 예정된 컬러 범위들 중의 어느 한 범위 내에 있지 않은 섹션들에 대해 기록된 컬러의 적색 성분을 억제하도록 구성된다. 이빨은 예를 들어, 기록된 이미지의 상이한 성분들의 세기 사이에 1의 비율을 갖는, 예를 들어 RGB 색표계에서 적색 성분의 세기와 청색 및/또는 녹색 성분들의 세기 사이에 1의 비율을 갖는 주로 백색이라고 추정될 수 있는 반면에, 구강 조직은 성분들의 세기 사이에 다른 비율을 갖는 주로 적색을 띠는 것으로 추정될 수 있다. 구강의 영역에 대해 기록된 컬러가 이빨에 대한 예정 비율과 조직에 대한 예정 비율 모두와 상이한 비율을 나타낼 때, 이러한 영역은 적색 주위 광에 의해 조명된 이빨 영역으로서 식별되며 기록된 이미지의 적색 성분은 적색 신호의 기록된 세기를 감소시키거나 이미지 내의 다른 성분들의 기록된 세기들을 증가시킴으로써 다른 성분들에 대해 억제된다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너 쪽으로 직접적으로 향하는 표면 수선(surface normal)에 대한 지점들의 컬러는 표면 수선이 스캐너 쪽으로 지향되지 않은 지점들의 컬러보다 더 높게 가중된다. 이는 스캐너 쪽으로 직접적으로 향하는 표면 수선에 대한 지점들이 주위 광이 아닌 스캐너로부터의 백색 광에 의해 더 높은 정도로 조명될 것이라는 장점을 가진다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너 쪽으로 직접적으로 향하는 표면 수선에 대한 지점들의 컬러는 정반사들과 관련된 경우에 더 낮게 가중된다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너는 포화 픽셀들 및/또는 정반사들 및/또는 표면 수선의 방위를 보정하는 것과 같은 상이한 효과들을 동시에 보정하도록 구성된다. 이는 2D 이미지의 픽셀들 또는 픽셀 그룹들의 선택에 대한 가중치를 일반적으로 증가시킴으로써 그리고 상기 선택의 픽셀들 또는 픽셀 그룹들의 일부에 대한 가중치를 감소시킴으로써 수행될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 방법은 대상의 일부분에 대한 기록된 2D 이미지들, 서브-스캔 또는 생성된 3D 묘사들을 처리하는 것을 포함하며, 여기서 상기 처리는
- 표면 컬러를 유도할 때 포화 픽셀들의 가중치를 생략 또는 감소시킴으로써 픽셀 포화를 보정하고/하거나,
- 컬러 값들이 광원 컬러와 아주 일치하는 픽셀들의 가중치를 생략 또는 감소시킴으로써 표면 컬러를 유도할 때 정반사들을 보정하고/하거나,
- 2D 이미지들의 표면 컬러 정보를 예정된 컬러 범위들과 비교함으로써 그리고 예정된 컬러 범위 내에 있지 않다면 기록된 컬러의 적색 성분을 억제함으로써 적색 주위 광을 보정하는 것을 포함한다.
대상의 생성된 디지털 3D 묘사에 대한 컬러 텍스쳐를 나타내도록 개시된 스캐너 시스템을 사용하는 방법이 개시된다. 이는 디지털 3D 묘사, 예를 들어 컴퓨터 스크린 상의 텍스쳐로서 컬러 데이터를 나타내는 것이 유리하다. 컬러와 형상의 조합은 어느 한 형태의 데이터만을 홀로 사용하는 것보다 더 강력한 정보의 전달자이다. 예를 들어, 치과의사들은 상이한 형태의 조직들 사이의 차이를 더욱 쉽게 차별화할 수 있다. 표면 형상의 렌더링(rendering)에 있어서, 적절한 쉐이딩(shading)은 텍스쳐 상에 표면 형상을 전달하는 것에 도움을 줄 수 있으며, 예를 들어 인공 섀도우는 텍스쳐 단독으로 하는 것보다 더 양호한 샤프한 에지들을 드러낸다.
다색 광원이 멀티-다이 LED 또는 유사물일 때, 스캐너 시스템은 또한 발광을 검출하는데 사용될 수 있다. 표면 형상의 발광을 나타내도록 개시된 스캐너 시스템을 사용하는 방법이 개시된다.
몇몇 실시예들에서, 스캐너는 멀티-다이 LED 내의 단지 LED 다이들의 하위세트에 의해서만 대상을 조명함으로써 상기 대상에 대한 발광을 여기시키도록 구성되며, 여기서 상기 발광은 발광된 광의 컬러와 적어도 대략적으로 일치하는 컬러 필터들을 가지는 컬러 이미지 센서 내의 단지 이들 픽셀들만을 유일하게 또는 우선적으로 판독함으로써, 즉 장파장 광을 위한 필터들을 가지는 단지 이미지 센서들의 픽셀들만의 세기를 측정함으로써 기록된다. 환언하면, 스캐너는 멀티-다이 LED 내의 단지 LED 다이들의 하위세트만을 선택적으로 활성화할 수 있으며 LED 다이들의 하위세트의 파장보다 더 높은 파장에서 컬러 필터를 가지는 컬러 이미지 센서 내의 단지 이들 픽셀들만을 유일하게 기록하거나 우선적으로 판독할 수 있음으로써, LED 다이들의 하위세트로부터 방출되는 광이 대상 내의 발광 재료들을 여기시킬 수 있으며 스캐너는 이들 발광 재료들로부터 방출되는 발광을 기록할 수 있게 된다. 다이들의 하위세트는 바람직하게, 자외선, 청색, 녹색, 황색 또는 적색 LED 다이와 같은, 대상 내의 발광 재료들의 여기 스펙트럼 내의 광을 방출시키는 하나 또는 그 초과의 LED 다이들을 포함한다. 그와 같은 발광 측정은 2D 컬러 이미지와 아주 유사한 2D 데이터 어레이를 산출하지만, 2D 컬러 이미지와는 상이하게 이는 표면 형상과 동시에 취해질 수 없다. 저속 이동 스캐너를 위해서 및/또는 적절한 보간에 의해서, 발광 이미지는 여전히 표면 형상과 오버레이될 수 있다. 이는 이빨에 대한 발광을 나타내는데 유리한데, 이는 충치 및 치석을 검출하는데 도움을 줄 수 있기 때문이다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 컬러 이미지 센서에 의해 얻어진 2D 이미지들로부터 표면 형상 정보를 추출하며 동일 이미지들로부터 표면 컬러를 결정하도록 구성되는 마이크로프로세서 유닛을 포함한다.
데이터 처리 시스템은 스캐너 시스템의 상이한 부분들에 분포된 유닛들을 포함할 수 있다. 고정 유닛에 연결된 휴대 부분을 포함하는 스캐너 시스템을 위해서, 데이터 처리 시스템은 예를 들어, 휴대 부분에 통합되는 하나의 유닛 및 고정 유닛에 통합되는 다른 유닛을 포함할 수 있다. 이는 휴대 유닛으로부터 고정 유닛으로 데이터를 전달하기 위한 데이터 연결부가 컬러 이미지 센서로부터 데이터 스트림을 취급할 수 없는 대역을 가질 때 유리할 수 있다. 따라서 휴대 유닛 내에서 처리되는 1차 데이터는 데이터 연결부를 통해서 절달되어야 하는 데이터의 양을 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템은 상기 후처리를 수행하기 위한 컴퓨터 실행 알고리즘들이 저장되는 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 데이터 처리 시스템의 일부는 카트 또는 개인용 컴퓨터에 통합된다.
여러 뷰들로부터 컬러 및/또는 표면 형상을 평균화하도록 개시된 스캐너 시스템을 사용하는 방법이 개시되며, 여기서 각각의 뷰는 스캐너와 대상의 실질적으로 일정한 상대 방위를 나타낸다.
여러 뷰들로부터 컬러 및/또는 표면 형상을 조합하도록 개시된 스캐너 시스템을 사용하는 방법이 개시되며, 여기서 각각의 뷰는 예컨대, 단일 뷰로 가능할 수 있는 것보다 더 완전한 대상에 대한 커버리지를 달성하기 위해서 스캐너와 대상의 실질적으로 일정한 상대 방위를 나타낸다.
대상의 표면 형상과 표면 컬러를 얻기 위한 스캐너가 개시되며, 그 스캐너는
- 탐침 광을 제공하도록 구성되는 다색 광원, 및
- 상기 대상으로부터 수용된 광에 대한 하나 또는 그 초과의 2D 이미지들을 기록하기 위한 이미지 센서 픽셀들의 어레이를 포함하는 컬러 이미지 센서를 포함하며,
적어도 상기 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위해서 대상의 일부분에 대한 표면 컬러 및 표면 형상 모두가 상기 컬러 이미지 센서에 의해 기록된 하나의 2D 이미지로부터 적어도 부분적으로 유도된다.
대상의 표면 형상과 표면 컬러를 기록하기 위한 스캐너 시스템이 개시되며, 그 스캐너 시스템은
- 다색 탐침 광을 제공하도록 구성되는 다색 광원, 및
- 상기 대상으로부터 수용된 광에 대한 하나 또는 그 초과의 2D 이미지들을 캡쳐하기 위한 이미지 센서 픽셀들의 어레이를 포함하는 컬러 이미지 센서를 포함하며,
적어도 상기 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위해서 대상의 일부분에 대한 표면 컬러 정보 및 표면 형상 정보 모두가 상기 컬러 이미지 센서에 의해 캡쳐된 하나의 2D 이미지로부터 적어도 부분적으로 유도된다.
대상의 표면 형상과 표면 컬러를 기록하기 위한 스캐너 시스템이 개시되며, 그 스캐너 시스템은
- 탐침 광을 제공하도록 구성되는 다색 광원,
- 이미지 센서 픽셀들의 어레이를 포함하는 컬러 이미지 센서, 및
- 상기 대상에 대한 2D 이미지들이 상기 컬러 이미지 센서에 의해 캡쳐될 수 있도록 대상으로부터 컬러 이미지 센서로 수용되는 광을 안내하도록 구성되는 광학 시스템을 포함하며,
스캐너 시스템은 대상의 일부분에 대한 다수의 상기 2D 이미지들을 캡쳐하도록 그리고 적어도 상기 컬러 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위해서 상기 캡쳐된 2D 이미지들 중의 하나 이상으로부터 대상의 일부분에 대한 표면 컬러 정보와 표면 형상 정보 모두를 유도하도록 구성됨으로써 표면 컬러 정보 및 표면 형상 정보가 스캐너에 의해 동시에 얻어지게 된다.
대상의 표면 형상과 표면 컬러를 기록하기 위한 스캐너 시스템이 개시되며, 그 스캐너 시스템은
- 탐침 광을 제공하도록 구성되는 다색 광원,
- 이미지 센서 픽셀들의 어레이를 포함하며, 대상으로부터 수용된 광의 2D 이미지들을 캡쳐하도록 배열되는 컬러 이미지 센서, 및
- 컬러 이미지 센서에 의해 캡쳐된 상기 2D 이미지들 중의 하나 이상으로부터 대상의 적어도 일부분에 대한 표면 컬러 정보 및 표면 형상 정보 모두를 유도하도록 구성되는 이미지 프로세서를 포함한다.
대상의 표면 형상과 표면 컬러를 기록하기 위한 스캐너 시스템이 개시되며, 그 스캐너 시스템은
- 대상에 대한 표면 컬러 및 표면 형상을 유도하도록 그리고 대상의 일부분에 대한 서브-스캔 또는 디지털 3D 묘사를 선택적으로 생성하도록 구성되며, 실시예들 중 어느 하나에 따른 스캐너 시스템, 및
- 컬러 이미지 센서로부터의 표면 형상 및/또는 표면 컬러 판독치들을 후처리하거나, 생성된 서브-스캔 또는 디지털 3D 묘사를 후처리하도록 구성되는 데이터 처리 유닛을 포함한다.
대상의 표면 형상과 표면 컬러를 기록하기 위한 방법이 개시되며, 그 방법은
- 실시예들 중 어느 하나에 따른 스캐너 또는 스캐너 시스템을 제공하는 단계,
- 상기 다색 광원으로부터의 탐침 광에 의해 상기 대상의 표면을 조명하는 단계,
- 상기 컬러 이미지 센서를 사용하여 상기 대상의 하나 또는 그 초과의 2D 이미지들을 기록하는 단계, 및
- 표면 컬러 및 표면 형상이 스캐너에 의해 동시에 얻어지도록 적어도 상기 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위해서 상기 기록된 2D 이미지들 중의 적어도 일부로부터 대상의 일부분에 대한 표면 컬러 및 표면 형상 모두를 유도하는 단계를 포함한다.
도 1은 스캐너 시스템의 휴대용 실시예를 도시하며,
도 2는 종래 기술의 패턴 생성 수단 및 관련 기준 가중치를 도시하며,
도 3은 패턴 생성 수단 및 관련 기준 가중치를 도시하며,
도 4는 컬러 필터 어레이를 도시하며,
도 5는 방법의 흐름도를 도시하며,
도 6은 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보가 어떻게 유도될 수 있는가를 예시한다.
도 2는 종래 기술의 패턴 생성 수단 및 관련 기준 가중치를 도시하며,
도 3은 패턴 생성 수단 및 관련 기준 가중치를 도시하며,
도 4는 컬러 필터 어레이를 도시하며,
도 5는 방법의 흐름도를 도시하며,
도 6은 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보가 어떻게 유도될 수 있는가를 예시한다.
도 1은 하우징(100)의 내측에 부품들을 갖는 스캐너 시스템의 휴대 부분을 도시한다. 스캐너는 공동 내측으로 들어갈 수 있는 선단부, 멀티-다이 LED(101)의 형태인 다색 광원, 공간 패턴을 탐침 광 내에 통합하기 위한 패턴 생성 요소(130), 빔 스플리터(140), 이미지 센서(181)를 포함하는 컬러 이미지 센서(180), 전자기기 및 잠재적인 다른 요소들, 통상적으로 하나 이상의 렌즈들을 포함하는 광학 시스템, 및 이미지 센서를 포함한다. 광원(101)으로부터의 광은 광학 시스템(150)을 통해 전후로 이동한다. 이러한 통과 중에 광학 시스템은 여기서는 환자의 이빨 세트인 스캔될 대상(200)에 대한 패턴(130)을 이미지화 하며 스캔될 대상을 이미지 센서(181) 상에 추가로 이미지화한다.
이미지 센서(181)는 컬러 필터 어레이(100)를 가진다. 별개의 독립체로서 도시되었지만, 모든 픽셀을 위한 단일-컬러 필터인 컬러 필터 어레이는 통상적으로 이미지 센서와 통합된다.
렌즈 시스템은 탐침 대상(200)의 패턴에 대한 초점 이미지 면을 시프트하도록 조정될 수 있는 포커싱 요소(151)를 포함한다. 예시적 실시예에서, 단일 렌즈 요소는 광학 축선을 따라 전후로 물리적으로 시프트된다.
전체적으로, 광학 시스템은 탐침될 대상으로부터 카메라로 탐침될 대상에 대한 패턴의 이미징을 제공한다.
상기 장치는 편광 광학기기(160)를 포함할 수 있다. 편광 광학기기는 정반사들을 선택적으로 이미지화하고 바람직하지 않은 확산 신호가 서브-표면으로부터 스캔된 대상 내측으로 산란되는 것을 차단하는데 사용될 수 있다. 빔 스플리터(140)는 또한, 편광 필터링 특성들을 가질 수 있다. 이는 광학 요소들이 반사-방지 코팅되게 하는데 유리하다.
상기 장치는 장치로부터의 광을 렌즈 시스템의 광학 경로와 상이한 방향으로, 예를 들어 렌즈 시스템의 광학 경로에 수직한 방향으로 지향시키는 미러(170)인 절첩식 광학기기를 포함할 수 있다.
스캐너 내에는 추가의 광학 요소들, 예를 들어 광원(101) 전방에 하나 또는 그 초과의 집광 렌즈가 있을 수 있다.
예시적 실시예에서, LED(101)는 두 개의 녹색, 하나의 적색, 및 하나의 청색 다이를 갖춘 멀티-다이 LED이다. 단지 광의 녹색 부분만이 표면 형상을 얻는데 사용된다. 따라서, 미러(170)는 예컨대, 다른 컬러들의 원 편광들이 아닌 녹색 광의 원 편광의 보존을 최적화하도록 코팅된다. 스캐닝 동안 LED 내의 모든 다이들이 활성 상태, 즉 발광 상태여서, 스캐너가 스캔된 대상(200)에 대한 겉보기 백색 광을 발광시킨다는 것에 주목해야 한다. LED는 상이한 세기들을 갖는 상이한 컬러들로 발광할 수 있어서 예를 들어, 하나의 컬러가 다른 컬러들보다 더욱 강렬할 수 있다. 이는 컬러 이미지 센서 내의 상이한 컬러 신호들에 대한 판독들 사이의 누화를 감소시키기 위해 바람직할 수 있다. 예를 들어, RGB 색표계의 적색 및 청색 다이오드들의 세기가 감소되는 경우에, 광원에 의해 발광된 겉보기 백색 광은 녹색을 띤-백색으로 나타날 것이다.
스캐너 시스템은 상기 컬러 이미지 센서(180)에 의해 기록된 하나의 2D 이미지로부터 적어도 부분적으로 컬러 이미지 센서(180)의 픽셀들의 블록을 위한 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보 모두를 유도하도록 구성되는 데이터 처리 시스템을 더 포함한다. 데이터 처리 시스템의 적어도 일부는 스캐너 시스템의 예시된 휴대 부분 내에 배열될 수 있다. 휴대 부분에 연결되는 카트와 같은 일부분은 또한, 스캐너 시스템의 추가 부분 내에 배열될 수 있다.
도 2는 단색 이미지 센서(180)에 이미지화되는 것과 같은 WO 2010145669 호의 공간 교정 실시예의 정적 패턴으로서 적용되는 종래 기술의 패턴 생성 요소(130)의 섹션을 도시한다. 상기 패턴은 크롬-온-글라스(chrome on glass pattern) 패턴일 수 있다. 패턴의 단지 일부분, 즉 1 주기만을 도시하는 섹션이 도시된다. 이러한 주기는 6 × 6 이미지 픽셀 및 2 × 2 패턴 필드들의 픽셀 블록에 의해 표시된다. 도 2a에서 회색으로 그려진 필드들은 패턴 마스크가 이들 필드들에 대해 불투명하기 때문에 실제로는 흑색이며, 단지 도면의 가시성과 따라서 명확성을 위해 회색이 선택되었다. 도 2b는 픽셀 블록을 위한 공간 교정 측정(A)을 연산하기 위한 기준 가중치(f)를 예시하며,
여기서 n = 6 × 6 = 36이며, I는 주어진 이미지에 대한 픽셀 블록의 36 픽셀들에서 측정된 세기 값들이다. 이미지 센서 픽셀들과 패턴 필드들 사이의 완전한 일치가 요구되지 않으나, 표면 형상 측정을 위한 가장 양호한 신호를 제공함에 주목해야 한다.
도 3은 컬러 스캐닝으로 도 2 원리의 확장을 도시한다. 패턴은 도 2의 패턴과 동일하며 따라서 이미지 센서 형상이다. 그러나, 이미지 센서는 베이어 컬러 필터 어레이를 갖는 컬러 이미지 센서이다. 도 3a에서, "B"로 마크된 픽셀들은 청색 컬러 필터를 가지는 반면에, "G"는 녹색 픽셀 필터 그리고 "R"은 적색 픽셀 필터를 각각 나타낸다. 도 3b는 대응 기준 가중치(f)를 도시한다. 단지 녹색 픽셀들이 0이 아닌 값을 가짐에 주목해야 한다. 이는 스펙트럼의 단지 녹색 부분만이 표면 형상 정보를 기록하는데 사용되기 때문이다.
도 3의 패턴/컬러 필러 조합에 대해서, 픽셀 블록 내의 컬러 성분(cj)은 다음과 같이 얻어질 수 있으며,
여기서, 픽셀(i)이 컬러 성분(cj)을 위한 필터를 갖는다면 gj ,i = 1, 그렇지 않다면 0이다. 베이어 패턴에서와 같이 RGB 컬러 필터 어레이에 대해서, j는 적색, 녹색, 또는 청색 중의 하나이다. 개별 컬러 성분들의 추가 가중치, 즉 컬러 교정은 통상적으로 필터 효율, 조명원 효율, 및 필터 패턴 내의 컬러 성분들의 상이한 부분을 변화시키기 위한 보정으로서 천연 컬러 성분을 얻기 위해 요구될 수 있다. 상기 교정은 또한, LED의 성분 컬러들의 혼합이 이들 인자들에 따라 변화될 수 있기 때문에 시야 내의 초점 면 장소 및/또는 위치에 의존할 수 있다.
도 4는 베이어 패턴에서보다 더 높은 녹색 픽셀들 부분을 갖는 본 발명의 컬러 필터 어레이를 도시한다. 컬러 필터 어레이는 6 × 6 컬러 필터들의 복수의 셀들을 포함하며, 여기서 청색 컬러 필터들은 각각의 셀의 위치(2,2) 및 (5,5)들에, 적색 컬러 필터들은 셀의 위치(2,5) 및 (5,2)들에, 그리고 녹색 컬러 필터들은 셀의 모든 나머지 위치들에 있다.
단지 조명의 녹색 부분만이 표면 형상 정보를 얻는데 사용된다고 추정하면, 도 4의 필터는 더 부족한 컬러 묘사의 대가로 베이어 패턴보다 더 양호한 품질의 얻어진 표면 형상을 잠재적으로 제공할 것이다. 그러나 더 부족한 컬러 묘사는 다수의 경우들에 여전히 충분할 것인 반면에, 얻어진 표면 형상의 개선된 품질은 종종 매우 유리하다.
도 5는 대상의 표면 형상 및 표면 컬러를 기록하는 방법에 대한 흐름도(541)를 예시한다.
단계(542)에서, 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 스캐너 시스템이 얻어진다.
단계(543)에서, 대상이 다색 탐침 광에 의해 조명된다. 상관관계 측정 또는 상관관계 측정 함수를 사용하는 포커스 스캐닝 시스템에서, 바둑판모양 패턴이 탐침 광에 부과될 수 있음으로써 그 패턴과 관련된 정보가 캡쳐된 2D 이미지들로부터 표면 형상 정보를 결정하는데 사용될 수 있다.
단계(544)에서, 상기 대상에 대한 일련의 2D 이미지들이 상기 컬러 이미지 센서를 사용하여 캡쳐된다. 2D 이미지들은 즉시 처리되거나 메모리 유닛에서의 후처리를 위해 저장될 수 있다.
단계(545)에서, 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보 모두가 하나의 캡쳐된 2D 이미지로부터 적어도 부분적으로 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위해 유도된다. 상기 정보는 예를 들어, 여기서 설명된 바와 같은 상관관계 측정 접근법을 사용하여 유도될 수 있다. 유도된 정보들은 단계(546)에서 대상에 대한 서브-스캔을 생성하도록 조합되며, 여기서 서브-스캔은 하나의 뷰로부터 본 바와 같이 대상에 대한 형상 및 컬러를 표현하는 데이터를 포함한다.
단계(547)에서, 대상에 대한 컬러 및 형상 모두를 표현하는 디지털 3D 묘사가 여러 서브-스캔들을 조합함으로써 생성된다. 이는 문헌에서 주지된 바와 같은 스티칭 및 등록을 위한 알고리즘들과 같은 서브-스캔 정렬을 위한 공지된 알고리즘을 사용하여 수행될 수 있다.
도 6은 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보가 어떻게 적어도 이미지 센서 픽셀들의 블록을 위한 하나의 2D 이미지로부터 유도될 수 있는가를 예시한다.
상관관계 측정은 모든 초점 면 위치를 위한 컬러 이미지 센서에 관한 모든 활성 이미지 센서 픽셀 그룹들에 대하여, 즉 스택의 모든 2D 이미지에 대해여 결정된다. 스택의 한 단부로부터 2D 이미지들을 분석함으로써 시작되는, 모든 활성 이미지 센서 픽셀 그룹들을 위한 상관관계 측정들이 결정되며 계산된 값들이 저장된다. 스택을 통한 진행으로, 각각의 픽셀 그룹을 위한 상관관계 측정들이 결정되고 이전에 저장된 값들, 즉 이전에 분석된 2D 이미지들을 위한 값들과 함께 저장된다.
그 후에 광학 축선을 따른 상관관계 측정의 변동을 설명하는 상관관계 측정 함수가 결정된 상관관계 측정 값들을 스무딩하고 보간함으로써 각각의 픽셀 그룹에 대해 결정된다. 예를 들어, 다항식은 기록된 최대값의 양측들에서 여러 이미지들에 대한 픽셀 블록의 값들로 맞춰질 수 있으며, 유도된 최대값의 위치는 두 개의 이미지들 사이에 있을 수 있는 맞춰진 다항식의 최대값으로부터 발견될 수 있다.
픽셀 그룹들을 위한 표면 컬러 정보는 2D 이미지들 중의 하나 또는 그 초과의 이미지로부터 유도되며, 그로부터 상관관계 측정 최대값의 위치가 결정된다. 즉, 컬러 이미지 센서의 픽셀들의 그룹으로부터 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보가 스택의 동일한 2D 이미지들로부터 유도된다.
표면 컬러 이미지 정보는 하나의 2D 이미지로부터 유도될 수 있다. 픽셀들의 각각의 그룹을 위한 상관관계 측정의 최대 값이 2D 이미지들의 분석에 따라 모니터링됨으로써 2D 이미지가 분석되었을 때 상이한 픽셀들 그룹들에 대한 상관관계 측정을 위한 값들이 이전에 분석된 2D 이미지들에 대한 현재의 가장 높은 값과 비교될 수 있다. 상관관계 측정이 픽셀 그룹에 대한 새로운 최대 값이면, 이러한 픽셀 그룹에 대응하는 2D 이미지의 적어도 일부분이 세이브된다. 더 높은 상관관계 값이 그 픽셀 그룹에 대해 발견된 다음에 이러한 2D 이미지의 일부분이 세이브되어서 이전에 저장된 이미지/서브-이미지를 오버라이팅(overwriting)한다. 그에 의해서 스택의 모든 2D 이미지들이 분석되었을 때, 2D 이미지들의 표면 형상 정보는 최대 값이 이미지 센서 픽셀들의 각각의 블록에 대해 기록되는 각각의 픽셀 그룹에 대한 일련의 상관관계 측정 값들로 해석된다.
도 6a는 포커스 스캐닝 시스템을 사용하여 획득한 2D 이미지들의 스택의 일부분(661)을 예시하며, 여기서 각각의 2D 이미지는 상이한 초점 면 위치에서 획득된다. 각각의 2D 이미지(662)에서 이미지 센서 픽셀들의 블록에 대응하는 부분(663)이 표시된다. 그 블록은 좌표(xi, yi)에 대응한다. 포커스 스캐닝 시스템은 이미지 센서 픽셀들의 각각의 블록을 위한 그리고 스택 내의 각각의 2D 이미지에 대한 상관관계 측정을 결정하도록 구성된다. 도 6b에는 블록(663)에 대한 결정된 상관관계 측정(664)들(여기서 "x"로 표시됨)을 예시한다. 결정된 상관관계 측정(664)들에 기초하여 상관관계 측정 함수(665)가 여기서 다항식으로서 계산되며, 상관관계 측정 함수에 대한 최대 값이 위치(zi)에서 발견된다. 맞춰진 다항식이 최대값(zi)을 갖는 z-값이 대상 표면에 대한 한 지점으로서 식별된다. 그 후 이러한 블록을 위해 유도되는 표면 형상 정보는 좌표(xi, yi, zi)의 형태로 제시되며, 이미지들 센서의 여러 블록을 위한 표면 형상 정보를 조합함으로써 대상의 일부에 대한 형상을 표현하는 서브-스캔이 생성될 수 있다.
도 6c에는 이미지 센서 픽셀들의 각각의 블록을 위한 두 개의 2D 이미지들로부터 표면 컬러 형상을 유도하기 위한 절차가 예시된다. 두 개의 2D 이미지들이 전술한 절차를 사용하여 저장되며 픽셀 블록을 위한 이들의 RGB 값들이 결정된다. 도 6c에서 R-값(666)들이 표시된다. 그 후 zi 위치에서의 평균 R-값(667)(뿐만 아니라 평균 G- 및 B- 값들)이 보간에 의해 결정되며 이러한 블록을 위한 표면 컬러 정보로서 사용될 수 있다. 이러한 표면 컬러 정보는 형상 정보의 적어도 일부가 그로부터 유도되었던 동일한 2D 이미지로부터 명백하게 유도된다.
Claims (28)
- 대상(200)의 표면 형상 및 표면 컬러를 기록하기 위한 포커스 스캐너 시스템으로서,
상기 포커스 스캐너 시스템은 광학 축선을 따라 초점 면을 이동시키고 상기 대상에 대한 상기 초점 면의 상이한 위치들에 대해 2D 컬러 이미지들의 스택(661)을 캡쳐함으로써 작동하고,
상기 포커스 스캐너 시스템은,
상기 대상의 조명을 위한 다색 탐침 광을 제공하도록 구성되는 다색 광원(101);
상기 대상(200)으로부터 수용된 광의 2D 이미지들(662)을 캡쳐하기 위한 이미지 센서 픽셀들의 어레이를 포함하는 컬러 이미지 센서(180) ― 상기 컬러 이미지 센서(180)는 적어도 3 개의 형태들의 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이를 포함하고, 각각의 형태의 컬러 필터는 공지된 파장 범위, W1, W2 및 W3 내의 광이 각각 상기 컬러 필터를 통해 상기 이미지 센서 픽셀들로 전파되는 것을 허용함 ―; 및
이미지 센서 픽셀들의 주어진 블록(663)에 대해:
표면 형상 정보가 상기 스캐너 시스템으로부터의 어느 거리에서 상기 대상(200)이 초점이 맞는지 식별함으로써 유도되고 ― 초점이 맞을 때, 상기 2D 컬러 이미지들의 스택(661) 내의 적어도 하나의 2D 이미지(662)가 식별됨 ―, 그리고 상기 표면 형상 정보는 그 블록(663) 내의 상기 적어도 3 개의 형태들의 컬러 필터들 중 하나 이상의 컬러 필터들을 통해 전파된 상기 광에 의해 그리고 식별되는 상기 적어도 하나의 2D 이미지(662)로부터 유도되고, 그리고
표면 컬러 정보가, 그 블록(663) 내의 상기 적어도 3 개의 형태들의 컬러 필터들 중 적어도 하나의 컬러 필터를 통해 전파된 상기 광이 상기 표면 형상 정보 및 상기 표면 컬러 정보 모두를 유도하기 위해 사용되도록, 상기 적어도 3 개의 형태들의 컬러 필터들(663) 중 적어도 3 개의 컬러 필터들을 통해 전파된 상기 광에 의해 그리고 식별되는 상기 적어도 하나의 2D 이미지(662)로부터 유도되도록,
이미지 센서 픽셀들의 블록들(663)을 분석하도록 구성되는 데이터 처리 시스템을 포함하고,
상기 유도된 표면 컬러 정보는 상기 대상의 다양한 뷰들에 대해 유도되는 상기 유도된 표면 형상 정보에 기초하고,
상기 대상의 다양한 뷰들에 대한 상기 유도된 표면 형상 정보는 상기 대상(200) 위의 상기 광의 입사 및 반사들의 상이한 각도들을 제공하여, 그에 의해 상기 대상(200) 위의 상기 광의 상기 입사 및 반사들의 상기 상이한 각도들이 상기 표면 컬러 정보를 유도하기 위해 사용되는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 데이터 처리 시스템은, 복수의 이미지 센서 픽셀들의 블록들(663)로부터 유도된 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보에 기초하여 대상 표면의 일부에 대한 서브-스캔을 생성하도록 구성되고, 그리고 상기 대상(200)의 디지털 3D 묘사를 생성하기 위해 다수의 서브-스캔들을 조합하도록 구성되는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 포커스 스캐너 시스템은 공간 패턴을 상기 탐침 광 내에 통합하도록 구성되는 패턴 생성 요소(130)를 포함하고, 그리고
상기 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보를 유도하는 것은 상기 이미지 센서 픽셀들의 블록(663)에 의해 캡쳐된 상기 2D 이미지(662)의 일부와 가중 함수 사이의 상관관계 측정(664)을 여러 2D 이미지들(662)에 대해 계산하는 것을 포함하며,
신호 벡터, I = (I1, ..., In), 여기서 n > 1, 요소들이 상기 광학 축선을 따르는 상기 초점 면의 하나의 위치에 대한 이미지 센서 픽셀들의 상기 블록에 대한한 센서 신호들을 나타내고,
상기 가중 함수는 상기 공간 패턴의 구성 정보에 기초하여 결정되는 기준 가중치들의 기준 벡터, f = (f1, ..., fn), 에 의해 주어지며,
픽셀들의 각각의 블록에 대한 상기 상관관계 측정 및 각각의 초점 면 위치는 상기 신호 벡터 및 상기 기준 벡터로부터 연산된 내적(dot product)으로서 유도되는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 3 항에 있어서,
이미지 센서 픽셀들의 블록(663)에 대한 상기 표면 형상 정보 및 상기 표면 컬러 정보를 유도하는 것은 대응하는 상관관계 측정(664)이 최대 값을 갖는 상기 광학 축선을 따르는 위치를 식별하는 것을 포함하는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 3 항에 있어서,
상기 데이터 처리 시스템은, 상관관계 측정(664)이 이미지 센서 픽셀들의 대응 블록(663)에 대한 그의 최대 값을 갖는 상기 스택(661) 내의 상기 2D 이미지(662)의 상기 표면 컬러 정보에 기초하여, 생성된 서브-스캔 상의 지점에 대한 서브-스캔 컬러를 결정하도록 구성되는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 3 항에 있어서,
상기 데이터 처리 시스템은, 상관관계 측정(664)이 이미지 센서 픽셀들의 대응 블록(663)에 대한 그의 최대 값을 갖는 상기 스택(661) 내의 상기 2D 이미지들(662)의 상기 표면 컬러 정보 및 상기 캡쳐된 2D 이미지들의 스택(661)에 이웃하는 2D 이미지들(662)과 같은 적어도 하나의 추가 2D 이미지(662)에 기초하여, 생성된 서브-스캔 상의 지점에 대한 서브-스캔 컬러를 유도하도록 구성되는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 6 항에 있어서,
상기 데이터 처리 시스템은, 상기 스택(661)의 이웃하는 2D 이미지들(662)의 표면 컬러 정보의 보간(interpolation)과 같은, 상기 서브-스캔 컬러를 결정할 때, 상기 스택(661)의 적어도 2 개의 2D 이미지들(662)의 표면 컬러 정보를 보간하도록 구성되는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 데이터 처리 시스템은 상기 서브-스캔의 다수의 지점들에 대한 평균화된(averaged) 서브-스캔 컬러를 연산하도록 구성되며, 상기 연산은 상기 서브-스캔의 주위 지점들의 컬러들에 대한 가중 평균화와 같은, 상이한 지점들의 서브-스캔 컬러들의 평균화를 포함하는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 5 항에 있어서,
상기 데이터 처리 시스템은, 디지털 3D 묘사가 상기 대상의 형상 및 컬러 프로파일 모두를 표현하도록, 상기 디지털 3D 묘사를 생성하기 위해 조합된 서브-스캔들의 서브-스캔 컬러로부터 상기 대상(200)의 생성된 디지털 3D 묘사의 적어도 하나의 지점에 대한 대상 컬러를 결정하도록 구성되는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 9 항에 있어서,
상기 대상 컬러를 결정하는 것은 대상 표면의 그 지점에서 중첩한(overlapping) 서브-스캔들 내의 대응 지점들에 대해 유도된 서브-스캔 컬러 값들의 가중 평균을 연산하는 것을 포함하는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 데이터 처리 시스템은,
상기 2D 이미지들의 상기 픽셀들 또는 픽셀 그룹들의 컬러 값들을 상기 다색 광원(101)의 컬러와 비교함으로써 캡쳐된 상기 2D 이미지들(662)에서 포화 픽셀들을 검출하고, 그리고
평균화된 서브-스캔 컬러의 연산시 상기 포화 픽셀의 유도된 표면 컬러 정보에 낮은 가중치를 할당하고/하거나 상기 포화 픽셀에 기초하여 연산된 서브-스캔 컬러에 낮은 가중치를 할당함으로써, 상기 포화 픽셀에 의해 유발된 상기 표면 컬러 정보 또는 상기 서브-스캔 컬러 내의 에러를 완화 또는 제거하도록 구성되는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 표면 형상 정보는 상기 다색 광원(101)에 의해 제공된 스펙트럼의 선택된 파장 범위 내의 광으로부터 유도되는,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 12 항에 있어서,
상기 컬러 필터 어레이는 상기 스펙트럼의 선택된 파장 범위와 일치하는 상기 컬러 필터 어레이에서의 상기 컬러 필터들의 비율(fraction)이 50% 보다 큰 정도이고, 그와 같은 상기 비율은 32/36, 60/64 또는 96/100과 동일한,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 12 항에 있어서,
상기 선택된 파장 범위는 W2 파장 범위와 일치하고,
상기 컬러 필터 어레이는 6 × 6 컬러 필터들의 복수의 셀들을 포함하며, 각각의 셀의 위치들(2,2 및 5,5)에 있는 컬러 필터들은 W1 형태이고, 위치들(2,5 및 5,2)에 있는 컬러 필터들은 W3 형태이며, 6 × 6 셀 내의 나머지 32 개의 컬러 필터들은 W2 형태인,
포커스 스캐너 시스템.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 포커스 스캐너 시스템을 사용하여 대상(200)의 표면 형상 및 표면 컬러를 기록하기 위한 방법으로서,
상기 다색 광원(101)으로부터의 다색 탐침 광을 이용하여 상기 대상의 표면을 조명하는 단계;
상기 컬러 이미지 센서(180)를 사용하여 상기 대상의 일련의 2D 이미지들(662)을 캡쳐하는 단계, 및
이미지 센서 픽셀들의 블록(663)에 대한 표면 형상 정보 및 표면 컬러 정보 모두를 유도하는 단계를 포함하고,
표면 형상 정보는 상기 스캐너 시스템으로부터의 어느 거리에서 상기 대상(200)이 초점이 맞는지 식별함으로써 유도되고 ― 초점이 맞을 때, 상기 2D 컬러 이미지들의 스택(661) 내의 적어도 하나의 2D 이미지(662)가 식별됨 ―, 상기 표면 형상 정보는 그 블록(663) 내의 상기 컬러 필터들을 통해 캡쳐되는 하나 이상의 컬러들에 의해 그리고 식별되는 상기 적어도 하나의 2D 이미지(662)로부터 유도되고, 그리고
표면 컬러 정보는, 그 블록(663) 내의 복수의 컬러 필터들을 통해 캡쳐된 컬러들 중 적어도 하나의 컬러가 상기 표면 형상 정보 및 상기 표면 컬러 정보 모두를 유도하기 위해 사용되도록, 그 블록(663) 내의 상기 컬러 필터들을 통해 캡쳐된 상기 컬러들에 의해 그리고 식별되는 상기 적어도 하나의 2D 이미지(662)로부터 유도되며,
상기 유도된 표면 컬러 정보는 상기 대상의 다양한 뷰들에 대해 유도되는 상기 유도된 표면 형상 정보에 기초하고,
상기 대상의 다양한 뷰들에 대한 상기 유도된 표면 형상 정보는 상기 대상(200) 위의 상기 광의 입사 및 반사들의 상이한 각도들을 제공하여, 그에 의해 상기 대상(200) 위의 상기 광의 상기 입사 및 반사들의 상기 상이한 각도들이 상기 표면 컬러 정보를 유도하기 위해 사용되는,
방법.
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