KR102403594B1 - 이미지 처리 방법 및 이를 사용한 장치 - Google Patents

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KR102403594B1
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Abstract

본 발명에 따른 이미지 처리 방법은, 대상체의 이미지 데이터를 획득하는 단계, 상기 이미지 데이터로부터 적어도 2개의 상이한 표현모드를 가지는 3차원 모델을 생성하는 단계, 및 생성된 3차원 모델을 표시하는 디스플레이 단계를 포함할 수 있다. 적어도 2개의 상이한 표현모드를 가지는 3차원 모델을 표시함으로써, 사용자는 표현모드의 전환 없이, 3차원 모델의 다양한 정보를 확인할 수 있는 이점이 있다.

Description

이미지 처리 방법 및 이를 사용한 장치{Image Processing Method and Apparatus Using Thereof}
본 발명은 이미지 처리 방법 및 이를 사용한 장치에 관한 것이다.
3차원 스캐닝 기술은 측정, 검사, 역설계, 컨텐츠 생성, CAD/CAM, 의료기기 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있으며 컴퓨팅 기술의 발전으로 인한 스캐닝 성능의 향상으로 인해 그 실용성이 더욱 확대되고 있다.
3차원 스캐너를 통해 3차원 모델을 생성하는 과정에서, 3차원 스캐너는 측정 대상에 대한 촬영을 통해 획득한 이미지를 3차원 모델로 변환함으로써 전체 3차원 모델 데이터를 획득한다. 또한, 측정 대상을 면밀히 촬영할수록 3차원 스캐너가 획득하는 이미지는 증가하고, 그에 따라 실시간으로 변환된 3차원 모델에 대한 최종 데이터의 신뢰도는 향상된다.
최근에는 3차원 스캐닝을 진행하는 중, 사용자가 스캐닝 결과를 실시간으로 확인하여 신뢰도가 낮은 부분에 대한 추가 스캐닝을 유도함으로써, 측정 대상에 대한 최종 데이터의 정밀도와 신뢰도를 높이고 사용자의 편의성을 향상시키기 위한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
대한민국 공개특허 10-2017-0020210호 (2017.02.22 공개)
본 발명은 3차원 모델을 생성하는 단계에서, 3차원 모델이 적어도 2개의 상이한 표현모드를 가지며, 디스플레이 단계에서 적어도 2개의 상이한 표현모드를 가지는 3차원 모델을 실시간으로 표시하는 이미지 처리 방법을 제공한다.
또한, 표현모드 간 별도의 전환 과정이 필요 없도록 적어도 2개의 상이한 표현모드를 가지는 3차원 모델을 생성하고 이를 디스플레이부에 표시하는, 이미지 처리 방법을 사용한 이미지 처리 장치 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 이미지 처리 방법은, 대상체로부터 복수의 이미지 데이터들을 획득하는 단계; 상기 이미지 데이터들로부터 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 3차원 모델을 생성하는 단계; 및 상기 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 상기 3차원 모델을 표시하는 디스플레이 단계;를 포함한다.
또한, 상기 3차원 모델을 생성하는 단계는, 상기 이미지 데이터들로부터 특성 정보를 획득하는 단계; 및 상기 특성 정보를 갖는 3차원 모델을 생성하는 단계;를 포함하고, 상기 특성 정보는 신뢰도 및 대상체 표현정보를 포함한다.
또한, 상기 신뢰도는 상기 이미지 데이터들 간 중첩된 영역에 해당하는 데이터의 밀도, 및 상기 이미지 데이터를 스캔하는 스캔각도 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 상기 표현모드는, 상기 신뢰도를 포함하는 신뢰도 모드와, 상기 대상체 표현정보를 포함하는 텍스쳐 모드를 포함한다.
또한, 상기 신뢰도 모드와 상기 텍스쳐 모드는 오버레이(overlay) 되어 표시된다.
또한, 상기 신뢰도 모드에서, 상기 신뢰도는 소정의 신뢰도 표시수단에 의해 표시되며, 상기 신뢰도 표시수단은 소정 색상, 패턴, 및 투명도 중 적어도 하나이다.
또한, 상기 텍스쳐 모드는 상기 신뢰도에 따라 상기 대상체 표현정보를 나타내는 텍스쳐 표시수단의 텍스쳐 표시정도가 변화하며, 상기 신뢰도가 증가함에 따라 상기 텍스쳐 표시정도가 가지는 비율은 증가한다.
상기 신뢰도 모드는 상기 신뢰도에 따라 신뢰도 표시수단의 신뢰도 표시정도가 변화하며, 상기 신뢰도가 증가함에 따라 상기 신뢰도 표시정도가 가지는 비율은 감소한다.
또한, 상기 신뢰도가 증가함에 따라 텍스쳐 표시정도가 가지는 비율은 증가하고 신뢰도 표시정도가 가지는 비율은 감소한다.
또한, 상기 신뢰도는 적어도 2개의 신뢰도 표시레벨로 분류된다.
또한, 상기 신뢰도 표시레벨은 각각의 신뢰도 표시레벨별로 상이한 투명도가 할당되며, 상기 투명도는 상기 신뢰도 표시레벨에 따라 차등적으로 할당된다.
또한, 상기 투명도는 0% 내지 100%의 범위에서 상기 신뢰도 표시레벨의 수에 따라 나누어 할당된다.
한편, 본 발명에 따른 이미지 처리 장치는, 대상체를 스캔하는 스캔부; 상기 대상체의 복수의 이미지 데이터들로부터 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 3차원 모델을 생성하는 제어부; 및 상기 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 상기 3차원 모델을 표시하는 디스플레이부;를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 이미지 데이터들로부터 특성 정보를 획득하여, 상기 특성 정보를 갖는 3차원 모델을 생성하고, 상기 특성 정보는 신뢰도 및 대상체 표현정보를 포함한다.
또한, 상기 신뢰도는 상기 이미지 데이터들 간 중첩된 영역에 해당하는 데이터의 밀도, 및 상기 이미지 데이터를 스캔하는 스캔각도 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 상기 표현모드는, 상기 신뢰도를 포함하는 신뢰도 모드와, 상기 대상체 표현정보를 포함하는 텍스쳐 모드를 포함한다.
또한, 상기 신뢰도 모드와 상기 텍스쳐 모드는 오버레이(overlay) 되어 표시된다.
또한, 상기 제어부는 상기 신뢰도를 소정의 신뢰도 표시수단으로 표시하며, 상기 신뢰도 표시수단은 소정 색상, 패턴, 및 투명도 중 적어도 하나이다.
또한, 상기 텍스쳐 모드는 상기 신뢰도에 따라 상기 대상체 표현정보를 나타내는 텍스쳐 표시수단의 텍스쳐 표시정도가 변화하며, 상기 신뢰도가 증가함에 따라 상기 텍스쳐 표시정도가 가지는 비율은 증가한다.
상기 신뢰도 모드는 상기 신뢰도에 따라 신뢰도 표시수단의 신뢰도 표시정도가 변화하며, 상기 신뢰도가 증가함에 따라 상기 신뢰도 표시정도가 가지는 비율은 감소한다.
또한, 상기 신뢰도가 증가함에 따라 텍스쳐 표시정도가 가지는 비율은 증가하고 신뢰도 표시정도가 가지는 비율은 감소한다.
또한, 상기 신뢰도는 적어도 2개의 신뢰도 표시레벨로 분류된다.
또한, 상기 제어부는 각각의 신뢰도 표시레벨별로 상이한 투명도를 할당하며, 상기 투명도는 상기 신뢰도 표시레벨에 따라 차등적으로 할당된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 투명도를 0% 내지 100%의 범위에서 상기 신뢰도 표시레벨의 수에 따라 나누어 할당한다.
본 발명에 따르면, 신뢰도 모드와 텍스쳐 모드를 가지는 3차원 모델을 생성하고, 이를 함께 표시함으로써, 종래에 신뢰도 모드와 텍스쳐 모드를 전환해야 했던 불편함을 해소한다.
또한, 신뢰도의 변화에 대응하여 표시레벨이 변화하고, 표시레벨에 대응되는 신뢰도 표시수단을 표시함으로써, 사용자는 신뢰도 높은 3차원 모델이 획득되었는지 여부를 용이하게 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이미지 처리 방법의 순서도이다.
도 2는 이미지 데이터를 3차원 모델로 변환하는 것을 설명하기 위한 도이다.
도 3 및 도 4는 상이한 2개의 모드가 별도로 표시되는 비교예이다.
도 5 내지 도 8은 신뢰도에 따라 표시레벨을 포함한 특성 정보가 추가적으로 할당되는 것을 설명하기 위한 도이다.
도 9 및 도 10은 임계밀도를 설명하기 위한 도이다.
도 11은 스캔각도 범위를 설명하기 위한 도이다.
도 12는 스캔각도 범위에 따라 데이터의 밀도를 보완하는 단계를 설명하기 위한 도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 이미지 처리 방법을 사용하여 표시되는 3차원 모델을 나타내는 도이다.
도 16은 본 발명에 따른 이미지 처리 장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 이미지 처리 방법의 순서도, 도 2는 이미지 데이터를 3차원 모델로 변환하는 것을 설명하기 위한 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이미지 처리 방법은, 대상체로부터 복수의 이미지 데이터들을 획득하는 단계(S110)와, 상기 이미지 데이터들로부터 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 3차원 모델을 생성하는 단계(S120), 그리고 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 3차원 모델을 표시하는 디스플레이 단계(S130)를 포함한다.
본 발명에 따른 이미지 처리 방법은, 대상체에 대한 3차원 모델을 생성하는 과정에서, 3차원 모델이 적어도 2개의 상이한 표현모드를 가지고, 이러한 3차원 모델에 대한 텍스쳐 모드와 신뢰도 모드를 표시하는 것을 기술적 사상으로 하며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 본 발명에 따른 이미지 처리 방법의 일 예로, 3차원 스캐너를 이용하여 대상체(치아, 잇몸 등을 포함하는 환자의 구강 내부를 의미한다)에 대한 3차원 모델을 획득하여 다양한 정보들을 표시하는 과정을 예시로 하여 설명한다.
본 발명에 따른 이미지 처리 방법의 일 실시예에 따르면, 환자의 구강 내부에 대한 대상체의 이미지 데이터를 획득한다(S110). 이 때, 대상체의 이미지 데이터는 복수개 획득할 수 있으며, 이미지 데이터의 획득 수가 증가할수록 생성되는 3차원 모델의 신뢰도는 더욱 상승한다. 획득한 상기 이미지 데이터는 2차원 또는 3차원 이미지의 샷(shot)을 의미할 수 있다. 이미지 데이터는 적어도 하나를 획득할 수 있으나, 시스템 메모리와 스캔 소요시간을 비효율적으로 낭비하지 않는 범위 내에서 복수 개 획득함으로써 후술할 신뢰도를 높일 수 있다.
이미지 데이터를 획득하는 단계(S110)에서, 이미지를 획득하기 위해 RGB 광원을 이용하거나, 1D Line scan, 구조광을 통한 Triangulation, 공초점 등의 방식들 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
이미지 데이터를 획득하는 단계(S110)는 환자의 구강 내부를 스캔하는 3차원 구강스캐너(3-dimensional intraoral scanner)가 사용될 수 있다. 이 경우, 3차원 모델은 실시간으로 표시되며, 대상체의 신뢰도 또한 실시간으로 갱신된다. 다만, 이미지 데이터를 획득하는 단계(S110)는 석고 모형 등을 스캔하는 3차원 테이블 스캐너(3-dimensional table scanner)가 사용될 수도 있다. 이 경우, 3차원 모델은 최종 프로세싱된 3차원 모델만 표시되며, 최종 프로세싱된 3차원 모델에 신뢰도가 표시될 수 있다. 이미지 데이터를 획득하는 단계(S110)에서 3차원 구강스캐너를 사용하는 경우, 실시간으로 신뢰도 변화를 확인할 수 있다. 한편, 3차원 테이블 스캐너를 사용하는 경우 상대적으로 신뢰도 높은 3차원 모델을 획득할 수 있다.
도 2는 이미지 데이터를 3차원 모델로 변환하는 것을 설명하기 위한 도이다.
도 2를 참조하면, 대상체를 스캔하여 획득한 이미지 데이터(I)는 적어도 하나의 픽셀(pixel)을 포함할 수 있다. 픽셀은 소정의 면적을 가지고 이미지 데이터를 구성하는 최소 단위이며, 이미지 데이터(I)가 포함하는 픽셀의 수가 많을수록 고해상도로 이미지 데이터(I)의 표현이 가능하다.
한편, 3차원 모델을 생성하는 단계(S120)는 이미지 데이터(I)로부터 실시간으로 3차원 모델(M)을 생성할 수 있다. 3차원 모델을 생성하는 단계(S120)에서 3차원 모델링을 위한 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 전술한 구조광을 통한 Triangulation, 마커, 레이저 등을 사용하여 3차원 모델(M)을 생성할 수 있다.
생성된 3차원 모델(M)은 적어도 하나의 복셀(voxel)을 포함하며, 복셀은 소정의 부피를 가지고 3차원 모델(M)을 구성하는 최소 단위이다. 3차원 모델(M)이 포함하는 복셀의 수가 많을수록 고해상도로 3차원 모델(M)의 표현이 가능하다. 복셀은 이미지 데이터(I)의 픽셀과 대응되며, 특정 위치에 생성된 복셀에는 대응되는 픽셀이 갖는 소정 정보들이 할당될 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 처리 방법에서 3차원 모델을 생성하는 단계(S120)는, 획득한 이미지 데이터(I)들로부터 특성 정보를 획득하는 단계(S121)를 포함할 수 있다.
여기서, 특성 정보란, 대상체의 스캔을 통해 획득한 이미지 데이터(I)들의 특징을 표현하는 파라미터(parameter)들을 의미할 수 있다. 예시적으로, 특성 정보는 대상체의 표현정보를 포함하며, 상기 대상체의 표현정보는 대상체의 형상, 대상체의 색상 등 대상체에 대한 모델링 결과를 통해 확인할 수 있는 대상체의 정보를 의미한다. 가령, 스캔 대상체가 구강 내부의 치아인 경우, 상기 치아의 스캔을 통해 획득된 이미지 데이터(I)로부터 치아의 형상, 크기, 색상 등에 대한 모델링 결과를 획득할 수 있고, 이는 대상체의 표현정보가 된다.
상기 특성 정보는 이미지 데이터(I)들이 포함하는 픽셀들 각각으로부터 획득할 수 있다. 픽셀은 각각이 배치된 이미지 데이터(I)의 위치의 특성 정보를 가진다.
한편, 특성 정보는, 신뢰도를 의미할 수 있다. 신뢰도는 데이터의 밀도 및 스캔각도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 데이터의 밀도는, 복수의 이미지 데이터(I)들이 획득되어 이미지 데이터(I)들 간 중첩된 영역이 발생하는 경우, 소정 위치에 중첩되는 데이터의 수를 의미할 수 있다. 데이터의 밀도에 따라, 후술할 신뢰도 표시수단이 변화할 수 있다. 스캔각도는, 대상체를 스캔하는 스캐너가 취하는 각도를 의미할 수 있다. 한편, 이미지 데이터(I)의 '위치'는 대상체의 소정 지점 또는 소정 영역에 대응될 수 있다.
대상체의 소정 지점 또는 영역의 복수의 이미지 데이터를 지속적으로 획득함으로써, 획득되는 이미지 데이터의 수는 증가하며 그에 따라 데이터 밀도는 높아진다. 복수 개의 이미지 데이터(I)를 획득할 때 인접하는 이미지 데이터(I) 간에 중첩되는 부분이 발생하면, 중첩되는 부분이 연결되도록 이미지 데이터(I)들을 정렬(align)할 수 있다. 이미지 데이터(I)들을 정렬하는 방법은 통상의 알려진 방법들 중 적어도 하나가 사용될 수 있으며, 예시적으로 ICP(Iterative Closest Point) 방법이 사용될 수 있다.
필요에 따라, 특성 정보는 신뢰도에 대응되는 표시레벨을 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 신뢰도는 일정한 구간을 가지는 적어도 2개의 표시레벨로 분류될 수 있으며, 상기 표시레벨과 관련된 내용은 후술하기로 한다.
또한, 3차원 모델을 생성하는 단계(S120)는, 특성 정보를 갖는 3차원 모델을 생성하는 단계(S122)를 포함할 수 있다. 특성 정보를 획득하는 단계(S121)에서 획득한 특성 정보들은, 3차원 모델의 복셀에 할당될 수 있다. 한편, 복셀은 이미지 데이터의 픽셀에 대응될 수 있다. 따라서, 소정 위치에 형성된 픽셀들이 갖는 특성 정보가 복셀에 할당될 수 있다. 전술한 바와 같이, 할당되는 특성 정보는 데이터의 밀도, 및 대상체의 표현정보를 포함할 수 있다.
3차원 모델을 생성하는 단계(S120)에 의해 생성된 3차원 모델은 적어도 2개의 상이한 표현모드를 가진다. 예시적으로, 3차원 모델은 신뢰도를 포함하는 신뢰도 모드(reliability mode)와, 대상체 표현정보를 포함하는 텍스쳐 모드(texture mode)를 포함할 수 있다. 신뢰도 모드는 대상체에 대한 신뢰도 있는 3차원 모델이 획득되었는지 시각적으로 표시하며, 텍스쳐 모드는 대상체의 표면 특성, 즉 대상체의 표현정보를 시각적으로 표시할 수 있다.
3차원 모델이 생성되면, 적어도 2개의 상이한 표현모드를 가지는 3차원 모델이 실시간으로 표시되는 디스플레이 단계(S130)가 수행될 수 있다. 디스플레이 단계(S130)는 3차원 스캐너의 대상체 스캐닝에 따라 생성된 3차원 모델을 디스플레이 장치를 통해 표시한다. 이 때, 3차원 모델을 표시하는 표현모드는 텍스쳐 모드(texture mode)를 포함할 수 있다. 텍스쳐 모드에서, 3차원 모델에 포함된 복셀의 특성 정보 중 일부가 함께 표시될 수 있다. 표시될 수 있는 특성 정보는 대상체의 표현정보(대상체의 색상, 대상체의 형상 등)일 수 있다. 디스플레이 단계(S130)는 알려진 출력 장치(모니터 등)을 통해 사용자에게 적어도 2개의 상이한 표현모드를 동시에 포함하는 3차원 모델을 표시할 수 있다.
대상체의 표현정보 중 대상체의 색상은 3차원 스캐너와 전기적으로 연결된 카메라 및 컬러 이미지 센서를 통해 획득될 수 있다. 대상체의 색상은 다양한 색상 모델 중 적어도 하나를 사용하여 획득될 수 있으며, 예시적으로 색상 모델은 Gray 모델. RGB 모델, HSV 모델, YCbCr 모델, CMYK 모델 등일 수 있다. 한편, Gray 모델은 무채색 기반의 색상 모델이며, 밝기 정보만 제공한다. 텍스쳐 모드에서 대상체의 색상을 용이하게 표시하기 위하여, 대상체의 색상은 유채색 기반의 색상 모델을 사용하여 획득될 수 있다.
한편, 3차원 모델을 표시하는 표현모드는 신뢰도 모드(reliability mode)일 수 있다. 신뢰도 모드에서, 3차원 모델에 포함된 복셀의 특성 정보가 함께 표시될 수 있다. 이 때 표시될 수 있는 특성 정보는 상기 텍스쳐 모드에서 표시될 수 있는 특성 정보가 상이할 수 있다. 예시적으로, 신뢰도 모드에서 표시될 수 있는 특성 정보는 데이터의 밀도일 수 있으며, 데이터의 밀도는 후술할 신뢰도 표시수단을 통해 표시될 수 있다.
도 3 및 도 4는 상이한 2개의 모드가 별도로 표시되는 비교예이다. 더욱 상세하게는, 도 3은 본 발명의 비교예에 따른 텍스쳐 모드로 표시되는 3차원 모델이고, 도 4는 본 발명의 비교예에 따른 신뢰도 모드로 표시되는 3차원 모델이다.
대상체 표현정보가 나타나는 텍스쳐 모드와, 대상체의 데이터의 밀도에 따른 신뢰도가 나타나는 신뢰도 모드를 별도로 디스플레이하는 비교예를 고려할 수 있다. 이 경우 사용자는 텍스쳐 모드와 신뢰도 모드를 별도로 확인하여야 한다.
도 4를 참조하면, 신뢰도 모드에서는 3차원 모델(m)의 제1 신뢰도 색상(r1), 제2 신뢰도 색상(r2), 및 제3 신뢰도 색상(r3)이 서로 다른 패턴 또는 색상으로 표현되었지만, 3차원 모델의 실제 색상을 함께 확인할 수 없다. 따라서, 본 발명의 비교예에 따르면, 사용자는 대상체의 색상을 확인하기 위하여 텍스쳐 모드로 3차원 모델을 보다가, 3차원 모델의 신뢰도를 확인하기 위하여 신뢰도 모드로 전환을 수행해야 하는 번거로움이 있다. 특히, 텍스쳐 모드와 신뢰도 모드를 전환하기 위해, 사용자는 대상체로부터 이격된 곳에 위치한 입력 장치(키보드, 마우스 등)으로 이동해야 하는 불편함을 초래한다. 또한, 대상체의 스캐닝과 입력 장치의 조작을 번갈아 수행하는 과정에서, 환자를 비위생적인 환경에 노출시키는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 처리 방법은, 상기 비교예가 갖는 문제점을 해소하기 위해, 텍스쳐 모드와 신뢰도 모드를 전환하지 않고 하나의 통합적인 모드에서 표현될 수 있도록 하였다. 따라서, 환자에게 위생적인 치료 환경을, 사용자에게 편리한 작업 환경을 함께 제공한다.
보다 상세하게는, 본 발명에 따른 이미지 처리 방법은, 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 3차원 모델을 실시간으로 표시하는 디스플레이 단계(S130)를 포함할 수 있다. 여기서, 표현모드는 신뢰도를 포함하는 신뢰도 모드와, 대상체 표현정보를 포함하는 텍스쳐 모드를 포함할 수 있다.
실질적으로, 대상체를 스캔하는 초기에는 데이터의 밀도가 적으므로, 3차원 모델의 신뢰도가 낮다. 신뢰도 낮은 3차원 모델의 텍스쳐를 확인하는 것은 무의미하며, 환자에게 부정확한 치료를 제공할 가능성이 있다. 따라서, 신뢰도 모드와 텍스쳐 모드는 오버레이(overlay) 되어 표시될 수 있다. 보다 상세하게는, 신뢰도 모드는 텍스쳐 모드 상에 오버레이 되어 표시될 수 있다. 즉, 텍스쳐 모드보다 신뢰도 모드가 사용자에게 먼저 표시되어, 3차원 모델의 신뢰도 낮은 부분을 용이하게 확인할 수 있으며, 3차원 모델의 신뢰도 높은 부분은 대상체 표현정보가 나타나는 텍스쳐 모드가 사용자에게 표시될 수 있다. 결과적으로, 신뢰도 모드와 텍스쳐 모드가 동시에 사용자에게 표시될 수 있다.
이하에서는, 신뢰도 모드에서 신뢰도가 소정의 신뢰도 표시수단에 의해 표시되는 것과, 신뢰도가 적어도 2개의 표시레벨로 분류되는 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다. 보다 예시적으로, 신뢰도 중 데이터의 밀도에 따라 표시레벨이 분류되고, 신뢰도 표시수단에 의해 데이터의 밀도가 시각적으로 표시되는 과정에 대해 설명한다.
신뢰도가 획득되면, 신뢰도는 신뢰도 모드에서 소정의 신뢰도 표시수단에 의해 표시될 수 있다. 이 때, 신뢰도 표시수단은 특정 색상, 패턴, 및 투명도 중 적어도 하나일 수 있다. 신뢰도 모드에서 나타나는 신뢰도 표시수단은 신뢰도를 시각적으로 표시하여, 사용자는 3차원 모델에 부분에 따른 신뢰도 획득 정도를 용이하게 확인할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 데이터의 밀도에 따라 신뢰도 표시레벨을 포함한 특성 정보가 추가적으로 할당되는 것을 설명하기 위한 도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 신뢰도 모드에서 데이터의 밀도는 이미지 데이터의 픽셀에 대응되도록 적어도 2개의 신뢰도 표시레벨로 분류될 수 있다.
신뢰도 표시레벨은, 축적된 데이터의 밀도를 일정한 구간으로 나누어, 각각의 구간에 대하여 구분되는 표시수단을 사용할 수 있다. 즉, 신뢰도 표시레벨은 각각의 신뢰도 표시레벨별로 소정의 신뢰도 표시수단이 복셀에 할당될 수 있다. 이 때, 신뢰도 표시수단은 특정한 색상일 수도 있고, 특정한 패턴일 수도 있다. 또한, 신뢰도 표시수단은 투명도일 수도 있다. 복셀에 할당된 신뢰도 표시수단은 3차원 모델 상에 표시될 수 있다.
도 5는 데이터의 밀도에 따라 2개의 신뢰도 표시레벨로 구간을 나누는 것을 나타낸다. 도시되지는 않았으나, 3차원 모델 중 데이터의 밀도가 0인 경우, 3차원 모델이 생성되지 않은 것이므로, 신뢰도가 존재하지 않는다. 한편, 데이터의 밀도가 1 이상 xc 미만인 경우, 표시레벨 '1'이 할당될 수 있다. 이 때, xc는 충분한 신뢰도를 가진 것으로 판단되는 임계밀도(critical density)일 수 있다.
신뢰도 표시레벨 '1'이 할당된 신뢰도 표시레벨 '1'에 대응되도록, 신뢰도 표시수단으로 제1 색상(예시적으로, Red)이 추가로 할당될 수 있다. 따라서, 데이터의 밀도가 1 이상 xc 미만인 복셀은 제1 색상으로 표시된다.
한편, 데이터의 밀도가 xc 이상인 경우, 해당하는 복셀에 신뢰도 표시레벨 '2'가 할당될 수 있다. 또한, 신뢰도 표시레벨 '2'에 대응되도록 신뢰도 표시수단으로 제2 색상이 추가로 할당될 수 있으며, 제2 색상은 제1 색상과 상이한 색상일 수 있다. 예를 들면, 제2 색상은 Green일 수 있다. 제2 색상을 제1 색상과 상이한 색상으로 형성함으로써, 사용자는 신뢰할 수 있는 양의 데이터가 축적된 것을 용이하게 확인할 수 있다.
도 6에 도시된 바에 따르면, 데이터의 밀도에 따라 신뢰도 표시레벨을 5개로 분류할 수 있다. 다만, 신뢰도 표시레벨의 수는 한정되지 않으며, 데이터의 밀도를 효과적으로 구분할 수 있는 개수로 설정될 수 있다. 신뢰도 표시레벨을 5개로 분류하는 경우, 신뢰도 표시레벨은 데이터의 밀도가 0과 임계밀도(xc) 사이에서, 적어도 하나의 중간 임계밀도(x1, x2, x3)를 가질 수 있다. 중간 임계밀도(x1, x2, x3)는 등차적인 값을 가질 수도 있으나, 그렇지 않을 수도 있다. 다만, 균일한 기준에 따른 신뢰도 변화를 나타내기 위해 중간 임계밀도는 데이터의 밀도가 0과 임계밀도(xc) 사이에 등간격으로 형성될 수 있다. 복셀에는, 데이터의 밀도가 1 이상 x1 미만인 경우 신뢰도 표시레벨 '1', 데이터의 밀도가 x1 이상 x2 미만인 경우 신뢰도 표시레벨 '2', 데이터의 밀도가 x2 이상 x3 미만인 경우 신뢰도 표시레벨 '3', 데이터의 밀도가 x3 이상 xc 미만인 경우 신뢰도 표시레벨 '4', 그리고 데이터의 밀도가 xc 이상인 경우 신뢰도 표시레벨 '5'가 각각 할당될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 각각의 신뢰도 표시레벨에 대응되는 상이한 신뢰도 표시수단이 추가로 할당될 수 있다. 예시적으로, 신뢰도 표시레벨 '1'이 할당된 복셀에는 제1 색상이, 신뢰도 표시레벨 '2'가 할당된 복셀에는 제2 색상이, 신뢰도 표시레벨 '3'이 할당된 복셀에는 제3 색상이, 신뢰도 표시레벨 '4'가 할당된 복셀에는 제4 색상이, 그리고 신뢰도 표시레벨 '5'가 할당된 복셀에는 제5 색상이 추가로 할당되어 신뢰도 모드에서 표시될 수 있다. 이 때, 제1 색상 내지 제5 색상은 신뢰도 표시레벨의 변화를 용이하게 확인할 수 있도록 상이한 색상으로 구성될 수 있다.
전술한 내용은 데이터의 밀도를 예시로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 신뢰도는 데이터의 밀도, 스캔각도 등을 포함하는 다양한 요소들에 의해 측정될 수 있다.
한편, 신뢰도 표시레벨은 신뢰도 표시레벨별로 상이한 비율을 가질 수 있다. 즉, 이를 설명하기 위해 신뢰도 표시수단과 상대적인 개념으로 텍스쳐 표시수단을 정의하며, 텍스쳐 표시수단은 대상체 표현정보 중 대상체의 색상일 수 있다. 이 때, 신뢰도 모드측의 신뢰도 표시수단과, 텍스쳐 모드측의 텍스쳐 표시수단이 합성되어 사용자가 확인하는 정보를 생성할 수 있다. 따라서, 텍스쳐 표시수단과 신뢰도 표시수단이 서로 가중치를 달리하여 비율의 관계로 합성되어 디스플레이 장치 상에 표시될 수 있으며, 해당 합성과 관련한 수학식 1이 아래와 같이 제시된다.
Figure 112020121703000-pat00001
(A: 텍스쳐 모드측 텍스쳐 표시수단, B: 신뢰도 모드측 신뢰도 표시수단, y: 가중치. 단, y는 0 내지 1 사이의 실수)
수학식 1에 따르면, 사용자에게 표시되는 3차원 모델은 대상체 표현정보를 나타내는 텍스쳐 표시수단에 의해 표시되는 텍스쳐 표시정도와, 신뢰도 표시수단에 의해 표시되는 신뢰도 표시정도의 합으로 표현될 수 있다. 이 때 텍스쳐 표시정도는 텍스쳐 표시수단이 표시되는 정도, 신뢰도 표시정도는 신뢰도 표시수단이 표시되는 정도를 의미할 수 있다. 수학식 1에 따라 텍스쳐 모드측 텍스쳐 표시수단이 차지하는 비율(가중치 y)이 증가하면 신뢰도 모드측 신뢰도 표시수단이 차지하는 비율(1-y)이 감소하고, 마찬가지로 텍스쳐 모드측 텍스쳐 표시수단이 차지하는 비율이 감소하면 신뢰도 모드측 신뢰도 표시수단이 차지하는 비율이 증가한다. 보다 상세하게는, 텍스쳐 표시정도가 가지는 비율(가중치 y)과 신뢰도 표시정도가 가지는 비율(1-y)의 합은 1일 수 있다. 따라서, 디스플레이 단계(S130)에서 신뢰도 모드측 신뢰도 표시수단은, 데이터의 밀도가 축적되어 신뢰도 모드측 신뢰도 표시레벨이 증가함에 따라 신뢰도 표시정도가 감소하게 되어, 점차적으로 텍스쳐 모드측 텍스쳐 표시수단으로 표시될 수 있다. 이에 따라, 복셀의 신뢰도를 직관적으로 파악할 수 있으며, 하나의 디스플레이 모드에서 대상체의 색상과 신뢰도를 동시에 확인할 수 있는 이점이 있다.
다른 실시예에 따라, 텍스쳐 표시수단과 신뢰도 표시수단이 합성되어 디스플레이 장치 상에 표시될 수 있으며, 해당 합성과 관련한 수학식 2가 아래와 같이 제시된다.
Figure 112020121703000-pat00002
(A: 텍스쳐 모드측 텍스쳐 표시수단, B: 신뢰도 모드측 신뢰도 표시수단, y: 가중치. 단, y는 0 내지 1 사이의 실수)
수학식 2에 따르면, 텍스쳐 모드측 텍스쳐 표시수단은 일정하다. 그러나, 신뢰도 모드측 신뢰도 표시수단이 차지하는 비율은 신뢰도의 증가에 따라 점차적으로 감소한다. 보다 상세하게는, 저신뢰도 상태에서 텍스쳐 표시수단 상에 신뢰도 표시수단이 중첩되어 표시될 수 있다. 한편, 스캔을 통해 신뢰도가 증가함에 따라, 신뢰도 모드측 신뢰도 표시수단은 점차적으로 그 비율(1-y)이 감소하여 0으로 수렴한다. 따라서, 디스플레이 단계(S130)에서 신뢰도 모드측 신뢰도 표시수단은, 데이터의 밀도가 축적되어 신뢰도 모드측 신뢰도 표시레벨이 증가함에 따라 신뢰도 표시정도가 감소하여 점차적으로 사라지게 되며, 결과적으로 텍스쳐 모드측 텍스쳐 표시수단만 표시될 수 있다. 이에 따라, 복셀의 신뢰도를 직관적으로 파악할 수 있으며, 하나의 디스플레이 모드에서 대상체의 색상과 신뢰도를 동시에 확인할 수 있는 이점이 있다.
한편, 신뢰도 표시레벨별 신뢰도 변화를 더욱 용이하게 표시하기 위하여, '투명도'의 개념을 도입할 수 있다. 예를 들면, 신뢰도 표시수단으로 사용되는 신뢰도 색상은, RGBA 모델 또는 HSL 모델 중 적어도 하나일 수 있다. 즉, 투명도를 포함하는 색상 모델을 신뢰도 표시수단으로 사용할 수 있다.
도 7을 참조하면, 데이터의 밀도에 따라 적어도 2개의 신뢰도 표시레벨로 구분하는 것은 동일하나, 전술한 바와 다르게, 신뢰도 표시수단으로 투명도를 사용할 수 있다.
예시적으로, 데이터의 밀도가 1 이상 xc 미만인 경우, 신뢰도 표시레벨 '1'이 할당될 수 있다. 이 때, xc는 충분한 신뢰도를 가진 것으로 판단되는 임계밀도(critical density)일 수 있다. 신뢰도 표시레벨 '1'이 할당된 신뢰도 표시레벨 '1'에 대응되도록 신뢰도 표시수단으로 특정 색상과 제1 투명도가 추가로 할당될 수 있다. 예를 들면, 신뢰도 표시레벨 '1'이 할당된 복셀에는 보라색(purple)과 0%의 투명도가 할당될 수 있다. 따라서, 데이터의 밀도가 1 이상 xc 미만인 경우 텍스쳐 모드가 가지는 대상체 표현정보는 신뢰도 표시수단에 가려져 표시되지 않는다.
한편, 데이터의 밀도가 xc 이상인 경우, 해당하는 복셀에 신뢰도 표시레벨 '2'가 할당될 수 있다. 또한, 신뢰도 표시레벨 '2'에 대응되도록 신뢰도 표시수단으로 제2 투명도가 추가로 할당될 수 있으며, 제2 투명도는 제1 투명도와 상이한 값일 수 있다. 예를 들면, 제2 투명도는 100%일 수 있다. 제2 투명도를 제1 투명도와 상이한 값으로 형성함으로써, 사용자는 신뢰할 수 있는 양의 데이터가 축적된 것을 용이하게 확인할 수 있다. 표시레벨 '2'가 되어 신뢰도 표시수단이 100% 투명도를 가지는 경우, 해당 복셀에 신뢰도 표시수단의 색상은 제거되고 대상체 표현정보(예시적으로, 대상체의 색상)가 표시됨으로써, 사용자는 보다 용이하게 신뢰도와 대상체의 실제 색상을 동시에 확인할 수 있다. 즉, 신뢰도 표시레벨이 증가하면 투명도가 함께 증가하며, 이와 반대로 신뢰도 표시정도는 감소하게 된다. 결과적으로, 신뢰할 수 있는 양의 데이터가 축적되면, 신뢰도 표시수단은 완전히 사라지고 대상체 표현정보만이 표시될 수 있다.
도 8을 참조하면, 데이터의 밀도에 따라 5개의 신뢰도 표시레벨로 구분한 예시가 나타난다. 이 때, 신뢰도 표시레벨별로 서로 다른 투명도가 적용될 수 있으며, 투명도는 신뢰도 표시레벨에 비례하여 적용될 수 있다. 따라서, 신뢰도 표시레벨이 증가함에 따라 신뢰도 표시수단의 투명도 또한 증가하게 되며, 데이터가 축적되면서 신뢰도 표시 색상이 점차적으로 사라진다.
한편, 투명도는 0% 내지 100%의 범위 내에서 신뢰도 표시레벨의 수에 따라 일정한 간격으로 나누어 할당될 수 있다. 예시적으로, 신뢰도 표시레벨 '1'은 투명도 0%, 신뢰도 표시레벨 '2'는 투명도 25%, 신뢰도 표시레벨 '3'은 투명도 50%, 신뢰도 표시레벨 '4'는 투명도 75%, 그리고 신뢰도 표시레벨 '5'는 투명도 100%가 할당될 수 있다. 데이터의 밀도가 임계밀도 이상인 경우, 해당 복셀에 신뢰도 높은 양의 데이터가 축적된 것으로 판단하고, 신뢰도 표시색상을 제거하여 3차원 모델의 대상체 표현정보를 표시할 수 있다. 따라서, 사용자는 신뢰도 표시색상이 남아있는 3차원 모델의 부분에 대하여 추가적인 스캔을 수행할 수 있으며, 전체적으로 양질의 3차원 모델을 획득할 수 있다.
도 9 및 도 10은 임계밀도를 설명하기 위한 도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 데이터의 밀도는 이미지 데이터의 획득에 대응되어 갱신되며, 데이터의 밀도는 임계밀도까지만 갱신될 수 있다. 초기 데이터(Ti), 신규 데이터(Tn), 그리고 갱신 데이터(Tf)는 픽셀의 집합인 이미지 데이터 또는 복셀의 집합인 3차원 모델을 의미할 수 있다. 설명의 편의 상, 초기 데이터(Ti), 신규 데이터(Tn), 그리고 갱신 데이터(Tf)는 복셀의 집합인 3차원 모델을 단순화한 것으로 간주하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예시적으로, 임계밀도가 500으로 설정되어 있는 초기 데이터(Ti)에 신규 데이터(Tn)가 얼라인되어 중첩될 수 있다. 이 때, 신규 데이터(Tn)는 초기 데이터(Ti)의 일부 또는 전부와 중첩될 수 있다. 'X' 표시된 부분들은 신규 데이터(Tn)가 초기 데이터(Ti)와 중첩되지 않는 부분이고, 'X' 표시되지 않은 부분들은 신규 데이터(Tn)가 초기 데이터(Ti)와 중첩되는 부분이다.
도 9를 참조하면 신규 데이터(Tn)와 초기 데이터(Ti)가 중첩되는 부분에 대하여 데이터의 밀도가 갱신되는 과정을 설명한다. 각각의 복셀에 데이터의 밀도가 할당되어 있고, 복셀은 중첩된 신규 데이터(Tn)를 수용하여 데이터의 밀도를 갱신할 수 있다. 그러나, 도 10을 참조하면, 신규 데이터(Tn)와 초기 데이터(Ti)가 중첩되는 부분 중 데이터의 밀도가 임계밀도에 도달한 복셀은 데이터의 밀도를 갱신하지 않는다. 데이터의 밀도가 임계밀도에 도달한 복셀에 대하여 데이터의 밀도를 갱신하지 않음으로써, 본 발명에 따른 이미지 처리 방법을 수행하는 장치의 과도한 저장 공간 사용을 방지하고, 시스템 리소스를 절약할 수 있다.
이하에서는, 스캔각도 범위에 따른 선택적인 데이터의 밀도의 갱신에 대해 설명한다.
도 11은 스캔각도 범위를 설명하기 위한 도이다.
3차원 모델은 다각도로 스캔되어야 신뢰도 높은 데이터를 획득할 수 있다. 즉, 동일한 지점을 동일한 시간으로 스캔하더라도, 일방향으로 해당 지점을 스캔하는 것 보다 다방향으로 해당 지점을 스캔하는 것이 바람직하다. 도 10에 도시된 바와 같이, 스캔 시작각도를 중심으로 제1 스캔각도 범위(θ1)가 형성될 수 있고, 제1 스캔각도 범위와 각각 인접하는 제2 스캔각도 범위(θ2) 및 제3 스캔각도 범위(θ3)가 생성될 수 있다. 도 10에서는 하나의 각도 요소에 대하여 스캔각도 범위가 형성되었으나, 필요에 따라 roll, yaw, pitch의 각도요소 중 적어도 하나에 대한 스캔각도 범위가 형성될 수 있다.
예시적으로, 전체 임계밀도(xc)가 300이라고 가정하고, 제1 스캔각도 범위(θ1)에 할당되는 제1 서브 임계밀도(xθ1)가 100, 제2 스캔각도 범위(θ2)에 할당되는 제2 서브 임계밀도(xθ2)가 100, 그리고 제3 스캔각도 범위(θ3)에 할당되는 제3 서브 임계밀도(xθ3)가 100이라고 가정한다(제1 서브 임계밀도 내지 제3 서브 임계밀도는 도면 미도시).
이 때, 각각의 스캔각도 범위(θ1, θ2, θ3)는, 각각의 임계밀도에 해당하는 데이터의 밀도까지 데이터를 축적할 수 있다. 예를 들면, 제1 스캔각도 범위(θ1)에서 데이터의 밀도가 100이고, 제2 스캔각도 범위(θ2)에서 데이터의 밀도가 70이고, 제3 스캔각도 범위(θ3)에서 데이터의 밀도가 50인 경우, 해당 복셀의 데이터의 밀도는 전체 임계밀도(xc)에 도달하지 않았다. 그러나, 신뢰도 높은 데이터의 획득을 위해 데이터의 밀도를 갱신하는 경우, 제1 스캔각도 범위(θ1)에서 스캔을 하여도, 해당 복셀에 데이터의 밀도가 갱신되지 않는다. 따라서, 사용자는 해당 복셀의 신뢰도를 향상시키기 위하여 제2 스캔각도 범위(θ2) 또는 제3 스캔각도 범위(θ3)에서 추가적으로 스캔을 수행하여야 한다. 이와 같이, 데이터의 밀도가 각각의 스캔각도 범위별로 서브 임계밀도 까지만 갱신되도록 함으로써, 사용자는 신뢰도 높은 데이터를 획득하기 위해 다방향으로 대상체를 스캔하도록 유도될 수 있으며, 3차원 모델의 전체적인 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이미지 처리 방법에서, 데이터의 밀도가 임계밀도 이하인 경우, 데이터의 밀도를 보완하는 단계(S200)가 추가적으로 수행될 수 있다.
도 12는 스캔각도 범위에 따라 데이터의 밀도를 보완하는 단계(S200)를 설명하기 위한 도이다. 도 12를 참조하면, 소정 복셀에 할당된 데이터의 밀도가 임계밀도(xc) 이상인지 판단(S210)한다. 소정 복셀에 할당된 데이터의 밀도가 임계밀도(xc)이상인 경우, 해당 복셀은 충분한 데이터 축적이 이루어진 것으로 판단한다. 그러나, 할당된 데이터의 밀도가 임계밀도(xc) 이하인 경우, 각각의 스캔각도 범위가 가지는 서브 임계밀도를 확인하여, 서브 임계밀도에 도달하지 않은 스캔각도 범위를 감지한다. 전술한 예시에서, 제1 스캔각도 범위는 제1 서브 임계밀도에 도달하였으나, 제2 스캔각도 범위 및 제3 스캔각도 범위는 각각 제2 서브 임계밀도 및 제3 서브 임계밀도에 도달하지 않았다. 이 때, 가장 낮은 데이터의 밀도를 가지는 스캔각도 범위가 감지(S220)될 수 있으며, 해당 스캔각도 범위를 지시(S230)하여 신뢰도를 보완할 수 있다. 예를 들면, 현재 스캔하고 있는 스캔각도 범위가 제1 스캔각도 범위이고, 보완하여야 할 스캔각도 범위는 제2 스캔각도 범위인 경우, "왼쪽으로 기울여 스캔을 수행하세요"와 같은 알림메시지를 디스플레이 장치 등을 통해 표출할 수 있다. 사용자는, 해당 메시지 등을 인지하고 서브 임계밀도에 도달하지 않은 스캔각도 범위에서 추가적으로 스캔을 수행함으로써, 보다 신뢰도 높은 3차원 모델을 획득할 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 이미지 처리 방법을 사용하여 표시되는 3차원 모델을 나타내는 도이다.
도 13을 참조하면, 전술한 이미지 처리 방법의 초기 수행 과정을 확인할 수 있다. 유저 인터페이스(User Interface, UI) 상에서, 일측에는 실시간으로 3차원 모델(m)이 생성되는 것이 표시되고, 타측에는 실시간으로 획득되는 이미지 데이터(i)가 표시될 수 있다. 3차원 모델(m)은, 이미지 처리 방법의 초기 수행 과정에서, 전체적인 복셀의 데이터의 밀도가 낮으므로, 대부분의 영역에서 신뢰도 표시 수단이 명확하게 나타난다. 예시적으로, 생성된 3차원 모델(m)은 전체적으로 제1 신뢰도 색상(r1)을 가지도록 표현된다. 다만, 제1 신뢰도 색상(r1), 제2 신뢰도 색상(r2), 및 제3 신뢰도 색상(r3)은 예시적인 것이며, 소정 패턴 또는 동일 색상의 상이한 투명도를 가지는 것이라도 가능하다.
도 14를 참조하면, 데이터의 밀도가 증가함으로써, 일부 복셀은 텍스쳐 모드의 대상체 표현정보가 나타난 것을 확인할 수 있다. 데이터의 밀도가 증가하여 표시레벨이 증가함에 따라, 신뢰도 표시수단은 제2 신뢰도 색상(r2) 또는 제3 신뢰도 색상(r3)으로 변화하여 점진적으로 사라지고, 대상체 표현정보(예시적으로 대상체의 형상, 대상체의 색상 등)만 표시될 수 있다. 또한, 도 15를 참조하면, 신뢰도 모드의 신뢰도 표시수단이 상당 부분 사라지고 텍스쳐 모드의 대상체 표현정보가 나타날 수 있다. 한편, 3차원 모델을 신뢰도 모드와 텍스쳐 모드를 모두 포함하도록 표시함으로써, 신뢰도가 낮은 부분은 신뢰도 표시수단이 표시되고, 신뢰도가 높은 부분은 대상체 표현정보가 표시될 수 있다. 따라서, 사용자는 신뢰도가 낮은 부분을 용이하게 확인할 수 있고, 전체적으로 신뢰도 높은 3차원 모델을 획득할 수 있는 이점이 있다.
한편, 전술한 내용은 데이터의 밀도를 기준으로 설명하였으나, 이는 일 예시에 해당한다. 다른 예시로써, 신뢰도는 스캔각도를 의미할 수 있으며, 다양한 스캔각도에서 스캔을 수행하여 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 이 때, 스캔각도는 전술한 바와 같이 범위를 나누어 각각의 스캔각도 범위별 데이터의 밀도 획득을 통해 신뢰도를 획득할 수 있다. 또한, 스캔각도는 개별적으로 축적되어 신뢰도를 획득할 수도 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 이미지 처리 장치에 대해 설명하기로 한다. 전술한 본 발명에 따른 이미지 처리 방법에 대한 설명과 중복되는 부분에 관한 설명은 일부 생략한다.
도 16은 본 발명에 따른 이미지 처리 장치의 구성도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 이미지 처리 장치(10)는, 대상체를 스캔하는 스캔부(100)와, 대상체의 복수의 이미지 데이터들로부터 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 3차원 모델을 생성하는 제어부(200), 그리고 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 3차원 모델을 표시하는 디스플레이부(300)를 포함할 수 있다.
스캔부(100)는 대상체(예시적으로, 환자의 치아, 잇몸을 포함하는 구강 내부)를 스캔하여 이미지 데이터를 획득한다. 이미지 데이터는 2차원 이미지 데이터 또는 3차원 이미지 데이터의 샷(shot)일 수 있다. 스캔부(100)는 대상체를 촬영하는 카메라를 가질 수 있다. 카메라의 렌즈를 통해 대상체의 표면으로부터 반사되는 광이 수용된다. 또한, 스캔부(100)는 카메라와 전기적으로 연결된 이미징 센서를 가질 수 있다. 이미징 센서는 카메라에 수용된 광으로부터 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 이미징 센서는 CCD 센서, CMOS 센서와 같은 컬러 이미징 센서가 사용될 수 있다. 스캔부(100)에서 획득한 이미지 데이터는 제어부(200)로 전송된다.
한편, 전술한 바와 같이, 스캔부(100)는 핸드헬드형 구강스캐너(handheld intraoral scanner)일 수 있으며, 핸드헬드형 구강스캐너는 이미지 데이터를 획득하면서 실시간으로 디스플레이부(300)에 3차원 모델이 표시되도록 할 수 있다. 또한, 스캔부(100)는 3차원 테이블 스캐너(3-dimensional table scanner)일 수 있으며, 3차원 테이블 스캐너는 이미지 데이터를 획득하여 디스플레이부(300)에 완성된 최종 프로세싱 모델이 표시되도록 할 수 있다.
제어부(200)는 이미지 데이터들로부터 특성 정보를 획득하여 특성 정보를 갖는 3차원 모델을 생성하고, 특성 정보는 신뢰도 및 대상체 표현정보를 포함할 수 있다.
제어부(200)는 이미지 데이터들로부터 특성 정보를 획득하는 특성 정보 획득부(210)와, 획득한 특성 정보와 이미지 데이터로부터 3차원 모델을 생성하는 3차원 모델 생성부(220)를 포함할 수 있다. 이미지 데이터로부터 3차원 모델을 생성하는 방법은 전술한 바와 같은 레이저, 마커, 구조광을 사용하는 알려진 방법들 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
3차원 모델은 특성정보를 포함할 수 있다. 특성 정보란, 대상체의 스캔을 통해 획득한 이미지 데이터의 특징을 표현하는 파라미터들을 의미할 수 있다. 보다 상세하게는, 3차원 모델은 신뢰도와, 대상체의 색상, 형상 등의 특징을 나타내는 대상체 표현정보를 포함하는 특성 정보를 가질 수 있다. 이 때, 신뢰도란, 이미지 데이터들 간 중첩된 영역에 해당하는 데이터의 밀도, 및 스캔각도 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 이미지 데이터는 적어도 하나의 픽셀을 포함하고, 3차원 모델은 픽셀에 대응되는 위치에 일정한 부피를 가지는 복셀을 포함할 수 있다. 한편, 3차원 모델은 획득한 특성 정보에 의하여, 신뢰도 모드에 사용되는 신뢰도와 텍스쳐 모드에 사용되는 대상체 표현정보를 모두 포함한다. 따라서, 디스플레이부(300)에 3차원 모델이 표시될 때, 신뢰도 모드와 텍스쳐 모드가 모두 표시되도록 할 수 있다.
한편, 신뢰도 모드와 텍스쳐 모드는 오버레이 되어 표시될 수 있다. 보다 상세하게는, 신뢰도 모드는 텍스쳐 모드 상에 오버레이 되어 표시될 수 있다. 따라서, 3차원 모델 중 신뢰도가 낮은 복셀은 신뢰도 모드가 표시되고, 3차원 모델 중 신뢰도가 높은 복셀은 텍스쳐 모드가 표시되도록 할 수 있다.
이하에서는 신뢰도 모드의 특성 정보인 신뢰도를 설명하기 위해 대상체의 밀도를 사용한다. 다만, 대상체의 밀도는 예시적인 것이며, 스캔부(100)가 대상체를 스캔하는 스캔각도 또한 신뢰도로 사용될 수 있다.
신뢰도 모드에서, 데이터의 밀도에 따라 신뢰도 표시수단이 변화할 수 있다. 신뢰도 표시수단은 소정 색상, 패턴, 또는 투명도 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 데이터의 밀도는 대상체의 소정 지점 또는 영역의 이미지 데이터를 지속적으로 획득함으로써 그 수가 축적될 수 있으며, 복수 개의 이미지 데이터를 획득할 때 인접하는 이미지 데이터 간에 중첩되는 부분이 연결되도록 이미지 데이터들이 정렬되어 축적될 수 있다.
특성 정보는 데이터의 밀도에 대응되는 신뢰도 표시레벨을 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 데이터의 밀도는 그 수에 따라 일정한 구간을 가지는 적어도 2개의 신뢰도 표시레벨로 분류할 수 있다. 제어부(200)는 데이터의 밀도에 따라 대응되는 신뢰도 표시레벨을 할당하는 추가 특성 정보 할당부(230)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 추가 특성 정보 할당부(230)는 특성 정보 획득부(210)로부터 획득한 특성 정보에 파생하여, 상기 특성 정보를 가공한 정보를 추가적으로 할당할 수 있다. 예시적으로, 데이터의 밀도에 따라 새로운 분류기준으로 생성되는 신뢰도 표시레벨은 추가 특성 정보 할당부(230)에 의해 3차원 모델에 대응되는 복셀에 할당될 수 있다.
또한, 추가 특성 정보 할당부(230)는 신뢰도 표시레벨별로 소정의 신뢰도 표시수단을 추가로 할당할 수 있으며, 신뢰도 표시수단은 소정의 색상, 투명도, 패턴 중 적어도 하나일 수 있다.
예시적으로, 신뢰도 표시수단이 소정의 색상인 경우, 동일한 복셀에 할당된 신뢰도 색상과 대상체의 색상이 합성되어 디스플레이부(300)를 통해 표시될 수 있다. 데이터의 밀도가 증가할수록 신뢰도 표시레벨 또한 증가하며, 전술한 수학식 1 또는 수학식 2에 따라 신뢰도 표시레벨이 증가함으로써 신뢰도 표시수단(신뢰도 색상)의 비율이 점차적으로 감소한다. 이에 반하여, 데이터의 밀도가 증가할수록 텍스쳐 모드측 텍스쳐 표시수단이 가지는 비율은 점차적으로 증가한다. 결과적으로, 충분한 양의 데이터가 축적되는 경우, 신뢰도 표시수단은 사라지고 대상체 표현정보만이 남게 되어, 사용자는 3차원 모델의 신뢰도 및 3차원 모델의 대상체 표현정보를 함께 확인할 수 있다. 따라서, 비율에 따른 2개의 색상의 합성에 의하여 복셀이 표시하는 색상이 점차적으로 변화하므로, 사용하는 용이하게 3차원 모델의 신뢰도정보 및 3차원 모델의 대상체 표현정보를 확인할 수 있다.
한편, 추가 특성 정보 할당부(230)는 3차원 모델의 복셀에서 각각의 신뢰도 표시레벨별로 상이한 투명도를 할당할 수 있다. 이러한 투명도의 할당은 신뢰도 표시레벨별로 구분되어 차등적으로 할당될 수 있다. 다만, 이 경우에도 충분히 많은 수의 신뢰도 표시레벨로 데이터의 밀도를 분류하면, 데이터의 밀도에 따라 점차적으로 신뢰도 표시수단이 사라지도록 할 수 있다.
추가 특성 정보 할당부(230)는 데이터의 밀도로부터 파생된 투명도 정보를 0% 내지 100%의 범위에서 신뢰도 표시레벨의 수에 따라 나누어 할당할 수 있다. 예를 들면, 제1 신뢰도 표시레벨에서는 투명도 0%, 제2 신뢰도 표시레벨에서는 투명도 25%, 제3 신뢰도 표시레벨에서는 투명도 50%, 제4 신뢰도 표시레벨에서는 투명도 75%, 및 제5 신뢰도 표시레벨에서는 투명도 100%를 할당할 수 있다. 따라서, 데이터의 밀도가 증가함에 따라 표시레벨 또한 증가하고, 투명도가 높아져 결과적으로 신뢰도 표시수단이 사라지고 텍스쳐 모드의 대상체 표현정보만 표시되도록 할 수 있다.
한편, 특성 정보 획득부(210)는 이미지 데이터의 획득에 대응하여 데이터의 밀도를 갱신하고, 데이터의 밀도는 임계밀도까지 갱신될 수 있다. 예시적으로, 임계밀도가 400회고, 특정 복셀에 400개의 데이터가 축적된 경우, 해당 복셀은 충분한 양의 데이터를 획득한 것으로 판단하고 추가적인 데이터를 축적하지 않을 수 있다. 임계밀도에 도달한 복셀에 추가적인 데이터를 축적하지 않음으로써, 불필요한 저장 공간의 사용을 방지하고 시스템 리소스를 절약할 수 있다.
또한, 데이터의 밀도는 이미지 데이터의 스캔각도 범위에 따라 적어도 2개의 서브 임계밀도를 가지며, 데이터의 밀도는 각각의 스캔각도 범위별 서브 임계밀도 까지만 갱신될 수 있다. 예를 들면, 스캔부(100)에서 대상체를 스캔함에 있어서, 스캔을 시작한 각도를 0°로 설정하고, 시작 각도 0°로부터 양측으로 일정한 각도를 가지는 범위를 제1 스캔각도 범위, 제1 스캔각도 범위와 각각 인접하는 제2 스캔각도 범위와 제3 스캔각도 범위를 가질 수 있다. 한편, 각각의 스캔각도 범위는 서브 임계밀도를 가질 수 있고, 각각의 서브 임계밀도는 동일할 수 있다.
한편, 제어부(200)는 스캔각도 범위별 서브 임계밀도에 따라 데이터의 밀도를 보완하는 3차원 모델 보완부(240)를 더 포함할 수 있다. 3차원 모델 보완부(240)는 소정 복셀에 대하여 다방향으로 스캔을 수행하여 신뢰도 높은 3차원 모델을 획득하도록 할 수 있다. 예시적으로, 특정 복셀에 대한 제1 스캔각도 범위는 해당 범위의 임계밀도에 도달하고, 제2 스캔각도 범위 및 제3 스캔각도 범위는 해당 범위의 임계밀도에 도달하지 않은 경우, 제2 스캔각도 범위 및 제3 스캔각도 범위에서 스캔을 수행하여 3차원 모델의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
특히, 3차원 모델 보완부(240)는 복수개의 스캔각도 범위를 가질 때, 가장 낮은 데이터의 밀도를 가지는 스캔각도 범위를 지시하도록 디스플레이부(300)를 제어할 수 있다. 예시적으로, 제1 스캔각도 범위에 스캔부(100)가 위치하고 제2 스캔각도 범위가 가장 낮은 데이터의 밀도를 가지는 경우, 3차원 모델 보완부(240)는 디스플레이부(300)에 "왼쪽으로 기울여 스캔을 수행하세요"와 같은 알림메시지를 표출하도록 할 수 있다. 사용자는, 해당 메시지 등을 인지하고 서브 임계밀도에 도달하지 않은 스캔각도 범위에서 추가적으로 스캔을 수행함으로써, 보다 신뢰도 높은 3차원 모델을 획득할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S110: 이미지 데이터를 획득하는 단계
S120: 3차원 모델을 생성하는 단계
S121: 특성 정보를 획득하는 단계
S122: 특성 정보를 갖는 3차원 모델을 생성하는 단계
S150: 디스플레이 단계
S210: 임계밀도 판단 단계
S220: 최소 데이터의 밀도 감지 단계
S230: 스캔각도 범위 지시 단계
I: 이미지 데이터 M: 3차원 모델
i: 이미지 데이터(UI 상) m: 3차원 모델(UI 상)
Ti: 초기 데이터 Tn: 신규 데이터
Tf: 갱신 데이터
10: 이미지 처리 장치
100: 스캔부 200: 제어부
210: 특성 정보 획득부 220: 3차원 모델 생성부
230: 추가 특성 정보 할당부 250: 3차원 모델 보완부
300: 디스플레이부

Claims (24)

  1. 대상체로부터 복수의 이미지 데이터들을 획득하는 단계;
    상기 이미지 데이터들로부터 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 3차원 모델을 생성하는 단계; 및
    상기 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 상기 3차원 모델을 표시하는 디스플레이 단계;를 포함하고,
    상기 표현모드는 신뢰도를 포함하는 신뢰도 모드와, 대상체 표현정보를 포함하는 텍스쳐 모드를 포함하며,
    상기 디스플레이 단계는 상기 3차원 모델의 상기 텍스쳐 모드 및 상기 신뢰도 모드를 동시에 표시하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 3차원 모델을 생성하는 단계는,
    상기 이미지 데이터들로부터 특성 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 특성 정보를 갖는 3차원 모델을 생성하는 단계;를 포함하고,
    상기 특성 정보는 상기 신뢰도 및 상기 대상체 표현정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 신뢰도는 상기 이미지 데이터들 간 중첩된 영역에 해당하는 데이터의 밀도, 및 상기 이미지 데이터를 스캔하는 스캔각도 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 3차원 모델에서 상기 신뢰도 모드는 상기 텍스쳐 모드 상에 오버레이(overlay) 되어 표시되는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 신뢰도 모드에서,
    상기 신뢰도는 소정의 신뢰도 표시수단에 의해 표시되며,
    상기 신뢰도 표시수단은 소정 색상, 패턴, 및 투명도 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 텍스쳐 모드는 상기 신뢰도에 따라 상기 대상체 표현정보 를 나타내는 텍스쳐 표시수단의 텍스쳐 표시정도가 변화하며,
    상기 신뢰도가 증가함에 따라 상기 텍스쳐 표시정도가 가지는 비율은 증가하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 신뢰도 모드는 상기 신뢰도에 따라 신뢰도 표시수단의 신뢰도 표시정도가 변화하며,
    상기 신뢰도가 증가함에 따라 상기 신뢰도 표시정도가 가지는 비율은 감소하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 신뢰도가 증가함에 따라 텍스쳐 표시정도가 가지는 비율은 증가하고 신뢰도 표시정도가 가지는 비율은 감소하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 신뢰도는 적어도 2개의 신뢰도 표시레벨로 분류되는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 신뢰도 표시레벨은 각각의 신뢰도 표시레벨별로 상이한 투명도가 할당되며, 상기 투명도는 상기 신뢰도 표시레벨에 따라 차등적으로 할당되는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 투명도는 0% 내지 100%의 범위에서 상기 신뢰도 표시레벨의 수에 따라 나누어 할당되는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 방법.
  13. 대상체를 스캔하는 스캔부;
    상기 대상체의 복수의 이미지 데이터들로부터 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 3차원 모델을 생성하는 제어부; 및
    상기 적어도 2개의 상이한 표현모드를 갖는 상기 3차원 모델을 표시하는 디스플레이부;를 포함하고,
    상기 표현모드는 신뢰도를 포함하는 신뢰도 모드와, 대상체 표현정보를 포함하는 텍스쳐 모드를 포함하며,
    상기 디스플레이부는 상기 3차원 모델의 상기 텍스쳐 모드 및 상기 신뢰도 모드를 동시에 표시하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 이미지 데이터들로부터 특성 정보를 획득하여, 상기 특성 정보를 갖는 3차원 모델을 생성하고,
    상기 특성 정보는 상기 신뢰도 및 상기 대상체 표현정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 신뢰도는 상기 이미지 데이터들 간 중첩된 영역에 해당하는 데이터의 밀도, 및 상기 이미지 데이터를 스캔하는 스캔각도 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
  16. 삭제
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 3차원 모델에서 상기 신뢰도 모드는 상기 텍스쳐 모드 상에 오버레이(overlay) 되어 표시되는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어부는 상기 신뢰도를 소정의 신뢰도 표시수단으로 표시하며,
    상기 신뢰도 표시수단은 소정 색상, 패턴, 및 투명도 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 텍스쳐 모드는 상기 신뢰도에 따라 상기 대상체 표현정보를 나타내는 텍스쳐 표시수단의 텍스쳐 표시정도가 변화하며,
    상기 신뢰도가 증가함에 따라 상기 텍스쳐 표시정도가 가지는 비율은 증가하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 신뢰도 모드는 상기 신뢰도에 따라 신뢰도 표시수단의 신뢰도 표시정도가 변화하며,
    상기 신뢰도가 증가함에 따라 상기 신뢰도 표시정도가 가지는 비율은 감소하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
  21. 청구항 13에 있어서,
    상기 신뢰도가 증가함에 따라 텍스쳐 표시정도가 가지는 비율은 증가하고 신뢰도 표시정도가 가지는 비율은 감소하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
  22. 청구항 13에 있어서,
    상기 신뢰도는 적어도 2개의 신뢰도 표시레벨로 분류되는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 제어부는 각각의 신뢰도 표시레벨별로 상이한 투명도를 할당하며, 상기 투명도는 상기 신뢰도 표시레벨에 따라 차등적으로 할당되는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 투명도를 0% 내지 100%의 범위에서 상기 신뢰도 표시레벨의 수에 따라 나누어 할당하는 것을 특징으로 하는 이미지 처리 장치.
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