KR20120006941A

KR20120006941A - 치아 색조 매핑

Info

Publication number: KR20120006941A
Application number: KR1020110069126A
Authority: KR
Inventors: 빅터 씨 웡; 제임스 알 밀치
Original assignee: 케어스트림 헬스 인코포레이티드
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2012-01-19
Also published as: EP2407762A1; CN102327156A; US20120231420A1; JP2012020130A; US20120014572A1; US8208704B2; CN102327156B

Abstract

치아 관련물의 컬러 매핑을 획득하는 방법 및 장치. 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역의 치아 관련물을 향해 한번에 한 파장 대역으로 조명을 비춘다. 상기 치아 관련물에 대한 일련의 이미지를 형성하기 위하여 각 파장 대역에서 치아 관련물의 이미지를 촬상한다. 캡쳐된 일련의 이미지에서 복수의 화소 각각에 대해, 상기 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역 각각에 대응하는 화소에 대한 이미지 데이터 값을 획득하고, 획득된 이미지 데이터 값 및 적어도 상기 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역에서의 기준 객체에서 획득된 이미지 데이터 값에 따라 상기 치아 관련물의 스펙트럼 반사율에 비례하는 복수의 보간된 이미지 데이터 값을 계산한다. 표시되는 발광체에 대한 스펙트럼 분산 데이터를 획득하고, 상기 계산된 보간 이미지 데이터 값 및 상기 획득된 표시되는 발광체에 대한 스펙트럼 분산에 따라 상기 치아 관련물의 시각적 컬러를 재구성하며, 적어도 상기 재구성된 시각적 컬러를 컴퓨터로 접근가능한 메모리에 데이터로서 저장한다.

Description

치아 색조 매핑{DENTAL SHADE MAPPING}

본 발명은 일반적으로 치아의 컬러 측정 방법 및 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 자연치의 색상 정보, 기준 색조 샘플 및 가공 치아 보철물을 결정하는 디지털 방법 및 시스템에 관한 것이다.

현대의 수복용 치과 처리는 종종 첨가물에 대한 또는 치관, 임플란트, 고정 부분 틀니 및 베니어판과 같은 수복 구조물에 대한 정확한 컬러 매칭을 요구한다. 이러한 처리에 사용되는 세라믹 및 다른 재료와 같은 재료는 교묘하게 형성되어 자연치의 모양, 질감, 컬러 및 반투명성에 거의 매칭되도록 처리될 수 있다.

널리 사용되는 치아의 컬러 정보를 결정하고 전달하는 기술은 "색조 매칭"이라고 불리는 과정인데, 치과 의사나 기술자는 환자의 치아를 하나 이상의 일련의 표준화된 색조 가이드 내의 다수의 기준 색조 샘플 중 하나 또는 색조 탭에 시각적으로 매칭시킨다. 매칭을 실시하는 의사는 매칭 색조 탭의 ID를 기록하고 그 정보를 수복이나 보철물이 제조되는 치과 기공실로 전송한다. 기공실은 제조 과정 동안 수복이나 보철물에 대한 시각적 컬러를 평가하기 위해 일련의 동일한 색조 가이드를 이용한다.

시각적 색조 매칭 과정은 매우 주관적이며 많은 문제가 있다. 초기의 매칭 과정은 종종 어렵고 지루하며, 그 과정이 20분 이상 걸리는 것은 이례적이지 않은 일이다. 많은 경우에, 환자의 치아와 완벽하게 일치하는 색조 탭은 존재하지 않는다.

치아의 컬러를 정확하게 모델링하는 문제는 색조 탭을 이용하여 근접한 컬러 매칭을 획득하는 것보다 더 복잡하다. 기구 기반 및 시각 기반 색조 매칭 시스템 모두의 고유의 결점 및 한계는 인간의 치아의 모양 매칭에 관련되는 어려움을 고려하여 더 충분히 이해할 수 있다. 치아의 컬러 그 자체는 다양한 유기 및 무기 성분에 의한 반사, 투과, 굴절, 형광성 및 산란에 대한 상대적으로 복잡한 상호작용에 기인한다. 이는 잇속 크기, 상아질 상태, 에나멜 성분의 변화 및 치아 조직의 성질, 구조 및 두께의 다른 변화에 영향을 받는다. 이러한 복잡성의 한 결과는 컬러의 현시 및 컬러 측정이 빛의 모양, 주위의 컬러 및 다른 환경 요인에 의해 크게 영향을 받는다는 것이다.

또한, 문제로서 하나의 치아 내의 컬러가 일반적으로 균일하지 않다. 컬러의 불균일성은 성질, 구조, 두께, 내부 및 외부 얼룩, 표면 조직, 틈, 금 및 습도의 공간적 변동에 기인할 수 있다. 그 결과, 상대적으로 넓은 영역에 걸친 측정은 치아의 지배적인 컬러를 대표하지 않는 평균값을 산출한다. 게다가, 자연스러운 컬러 변화 및 불균일성은 주어진 치아가 단일 색조 탭에 의해 정확하게 매칭될수 없을 것처럼 만든다. 이는 단지 평균 컬러가 아닌 치아 내의 컬러 분산을 전달하는 방법이 필요하다는 것을 의미한다. 또한, 치아에서 치아까지의 치아 컬러는 거의 균일하지 않다. 그러므로, 수복의 이상적인 컬러는 환자의 구강의 인접한 치아 또는 다른 어떤 단일 치아와 시각적으로 조화를 이루지 않을 수 있다. 더욱이, 사람은 일반적으로 그들의 치아 모양에 세심한 주의를 기울인다. 당연하게도, 사람들은 적절치 않은 컬러가 나타나는 수복은 절대 견디지 못한다.

미용 치과학에서, 제작실은 종종 더 정확하게 치아 컬러를 매핑하기 위하여 단순한 색조 매핑 뿐만 아니라 추가적인 정보를 필요로 한다. 실제로는, 치과의사 또는 기술자는 색조 탭 뿐만 아니라 사진을 제공할 수 있어, 기공실은 치아의 다른 부분의 컬러 특성을 조정할 수 있다. 이는 색조 탭과 관련되며 치아의 다른 부분에서의 컬러가 색조 탭으로부터 어떻게 변하는지 보여주는 정보를 사용하여 주관적 사용에 대한 일종의 컬러 매핑을 제공하는 것을 도와준다.

종종 가장 근접하게 매칭되는(또는 반대로, 가장 조금 매칭되는) 탭을 결정하여 치아 표면의 컬러 변화에 관한 정확한 정보를 제공하는 것은 어렵다. 의사는 자주 환자의 치아는 면밀하게 매치하기 어렵다고 판단하여 환자가 직접 수복을 제작할 치아보정실로 가 볼 것을 요구한다. 그곳의 훈련된 기공실 직원은 컬러 매칭및 컬러 매핑을 할 수 있다. 많은 경우, 환자는 세라믹이나 다른 컬러 재료를 순차적으로 추가하여 보철물의 컬러가 잘 조화될 때까지 치과 의사에게로 또 기공실로 두 번, 세 번 또는 그 이상 돌아가야 할 필요가 있을 수 있다. 몇몇 치아 보철물에 대해 거의 10%로 추정되는 높은 비율의 경우에, 시각적 컬러 매칭 절차는 여전히 실패하여 의사 또는 환자는 컬러 또는 시각적 조화 때문에 제작된 보철물을 퇴짜 놓는다.

컬러 매칭 작업의 상대적 어려움 및 컬러 매핑의 복잡성을 고려하면, 높은 비율의 실패는 전혀 놀랍지 않다. 상대적으로 작은 컬러 차이에 대한 시각적 컬러 평가는 항상 어렵고, 치아의 컬러가 평가되어야 하는 상황은 지역적 컬러 순응, 지역적 빛 순응 및 측면 빛 순응 같은 많은 복잡한 정신 물리학 효과를 발생시킬 것같다. 게다가, 색조 탭은 실제의 치아에 기껏 분절성(metameric) (즉,비스펙트럼) 매칭을 제공한다, 따라서, 매칭은 발광체에 민감하며 예를 들어, 관찰자 분절성 같은 인간의 색조 감각의 일반적 변동 때문에 다양성에 영향을 받는다.

치과용도의 향상된 컬러 매칭 및 컬러 매핑을 위한 필요에 따라, 많은 접근법이 시도되었다. 이 문제에 대한 종래의 해결책으로 이하의 일반적 타입들이 있다.

(i) RGB-기반 장치. 이 접근법으로는, 컬러 센서를 이용한 백색광 조명 아래서 전체 치아의 이미지가 촬영된다. 색 보정 변형을 사용하는 센서의 3 색 채널의 RGB(레드, 그린, 블루) 값에서 치아 표면의 영역에 걸친 3 자극값이 계산된다. RGB-기반 장치에 의한 색 분석은 캡쳐된 이미지의 양에 심하게 의지하며, 견고한 보정을 요구하며, 치아 및 보철 기기의 컬러 매칭을 위해 동일한 카메라를 사용할 것을 요구할 수 있다. 이러한 요구는 RGB 데이터를 제공하기 위해 카메라 내부에서 수행되는 컬러 전처리뿐만 아니라 카메라 자체의 보정 때문 일 수 있다, 이러한 전처리는 동일한 제조사의 카메라에 대해서도 카메라마다 상당히 다를 수 있다. 정확성을 유지하는 것은 어려운 편이고 측정 결과는 분절성 때문에 절충되는데, 측정된 컬러는 발광체에 매우 의존적이다. 이는 특히 치아 측정 및 결상(imaging)이 일반적으로 자연광 조건과 상당히 다른 조건 아래서 행해지기 때문에 곤란하다. 이러한 방식으로 RGB 측정을 이용하며 이런 방식으로 해당 컬러 변형을 사용하는 예는 Murljacic에 의해 출원된 "치아 색조 분석자 시스템 및 방법(Tooth Shade Analyzer System and Methods)" 이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제 5,766,006호, Breton 외에 의해 출원된 "객체의 형상을 결정하는 방법 및 장치(Method and Apparatus for Determining the Appearence of an Object)"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제 6,008,905호 및 Giorgianni 외에 의해 출원된 "치아 컬러 영상 시스템(Dental Color Imaging System)" 이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제 7,064,830호를 포함한다.

(ii) 색 분석 장치. 이런 타입의 장치는 인간의 눈에 의해 인식된 대로 직접적으로 컬러를 측정하도록 제작된다. 이런 타입의 장치를 이용하여 (백색광 조명 아래의) 조명광 또는 반사광이 눈의 스펙트럼 응답 특성 또는 컬러 매칭 기능에 해당하는 3 개의 파장 대역에서 필터링 되며, 측정된 반사 신호는 직접적으로 3 자극값으로 변환된다. (i)에서 설명된 RGB-기반 장치에서와 같이, 이런 타입의 장치에서의 측정 또한 분절성에 시달린다. 이런 접근법을 이용한 몇몇 예는 분광기를 필요로하는 Vieillefosse에 의해 출원된 "치아와 같은 반투명 물체의 컬러 결정 방법 및 장치(Method and Apparatus for Determining the Color of a Translucent Object Such as a Tooth)"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제 5,383,020호" 및 Overbeck 외에 의해 출원된 "광측정 장치 및 관련 프로세스(Optical Measurement Device and Related Process)"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제 6,867,864호에 나타난 것들을 포함한다.

(iii) 분광 측광 장치. 이러한 장치는 컬러 데이터를 획득하는 스펙트럼 반사율을 사용한다. 파장 함수로서 감광 장치를 이용한 조명광 또는 반사광은 스펙트럼으로 스캔되어 치아에 의해 반사된 광이 기록된다. 그러면 시각적 컬러, 즉, CIE (Commission Internationale de L’Eclairage or International Commission on 조명) 3 자극 컬러 정보가 측정된 스펙트럼 반사율 곡선으로부터 계산된다. 분광 광도 장치는 색분석 및 RGB-기반 장치에 대해 고유한 분절성에 대한 동일한 경향에 영향을 받지 않으며, 잠재적으로 더 정확한 컬러 측정을 할 수 있다. 그러나, 분광 측광기는 촬상 장치가 아니라는 것에 상당히 주목해야한다. 분광 측광기는 감광 장치를 사용하여 좁은 영역의 입사광의 스펙트럼 성분을 측정하는 기구이다. 분광 광도 장치를 이용한 치아의 컬러 측정의 예는 "특히 치아의 보철물에서의 컬러 결정 방법 및 장치(Method and Apparatus for Determining Color, in Particular of a Dental Prosthesis)"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제 4,836,674호 및 "객체의 컬러 자극 상세 결정 방법 및 장치(Method and Apparatus for Determining the Color Stimulus Specfication of an Object)"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제 6,038,024호를 포함한다.

분광 광도 접근법을 이용하여 획득한 데이터는 분절성 제거를 포함하는 색 분석 및 RGB 접근법의 컬러 매칭에 효과적이지만, 이러한 접근법은 실제로 구현되기 어렵다. 일반적으로 격자 또는 필터 휠을 사용하는 다른 스펙트럼 성분을 측정하기 위한 광 주사 성분의 사용은 분광 광도 시스템을 적당히 크고 복잡하게 만드는 경향이 있다. 이는 예를 들어, 구강 안쪽의 치아를 측정하기 어렵게 한다. 이러한 문제를 완화하기 위한 시도는 큰 성공을 거두지 못했다. 일 예로서, Jung 외가 출원한 "객체의 광특성을 결정하는 장치(Apparatus for Determining Optical Characterisitic of an Object)"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제 5,745,229 호는 각각 다른 스펙트럼 필터를 사용하는 센서의 배열로 반사광을 전달하기 위해 광섬유를 사용하는 컴팩트 분광 광도 장치를 제공한다. 그러나, 일반적으로 분광 광도 장치(상기의 iii)와 마찬가지로, 이 장치는 한번에 치아 표면의 작은 영역만을 측정한다. 이러한 접근법으로는 전체 치아 표면의 컬러 매핑 획득을 위해 매우 많은 별개의 측정이 요구된다. 이미지 촬상 과정은 시간이 걸리며 일관된 결과를 제공하지 않는다. 이미징 과정 동안 조명, 이미지 촬영 각도 및 탐침 배향은 상당히 민감할 수 있기 때문에, 이러한 접근법을 사용하는 컬러 매핑은 정확하지 않을 수 있다.

일반적으로, 발광체의 단부 또는 센서의 단부에서 컬러 필터를 사용하는 종래의 방법은 필터 자체의 한계에 종속되기 때문에 바람직하지 못하다.

따라서, 높은 정확성을 갖으나 비용이 비싸지 않고 복잡한 구성요소를 가지지 않는 실행하기 쉬운 절차로 치아 색조 매칭 및 매핑을 제공하는 측정 장치가 요구된다.

본 발명의 목적은 치과 적용에서 컬러 색조 매핑 기술을 제공하는 것이다. 이러한 목적으로, 본 발명은 분광 측광기를 사용하는 복잡성 없이 치아의 멀티 컬러 이미지에서 스펙트럼 반사율 데이터를 획득하는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 전체 이미지의 분광 광도 측정을 획득하는 화상 배열을 사용한다는 효과가 있다. 이는 구강에서의 카메라 사용에 대한 순응도를 향상시킨다. 또한, 제공되는 출력 분광 광도 컬러 데이터는 분절성에 영향을 받지 않는데, 분절성은 색분석 및 RGB 컬러 매칭 기술을 사용하는 해결책에 영향을 미친다. 본 발명의 특정 실시예에서 사용되는 접근법은 치아의 컬러를 정확하게 매핑하게하며 치아의 다른 부분의 컬러 변화를 포함하는 치아 이미지의 화소별 스펙트럼 반사율 데이터를 획득한다.

이러한 목적은 도시적인 예로서 주어진 것이며, 이러한 목적은 본 발명의 하나 이상의 대표적인 실시예가 될 수 있다. 개시된 본 발명에 의해 본질적으로 성취되는 다른 바람직한 목적 및 효과가 발생할 수 있으며 이는 당업자가 이해할 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 정의된다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역의 치아 관련물을 향해 한번에 한 파장 대역으로 조명을 비추는 단계와, 촬상 어레이에서, 상기 치아 관련물에 대한 일련의 이미지를 형성하기 위하여 각 조명 파장 대역에서 치아 관련물의 이미지를 캡쳐하는 단계와, 상기 캡쳐된 일련의 이미지에서 복수의 화소 각각에 대해, (i) 상기 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역 각각에 대응하는 화소에 대한 이미지 데이터 값을 획득하는 단계와, 및 (ii) 상기 획득된 이미지 데이터 값 및 상기 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역에서의 기준 객체에서 획득된 이미지 데이터 값에 따라 상기 치아 관련물의 스펙트럼 반사율에 비례하는 복수의 보간된 이미지 데이터 값을 계산하는 단계와, 표시되는 발광체에 대한 스펙트럼 분산 데이터를 획득하는 단계와, 상기 계산된 보간 이미지 데이터 값 및 상기 획득된 표시되는 발광체에 대한 스펙트럼 분산에 따라 상기 치아 관련물의 시각적 컬러를 재구성하는 단계와, 및 적어도 상기 재구성된 시각적 컬러를 컴퓨터로 접근가능한 메모리에 데이터로서 저장하는 단계를 포함하는 치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법이 제공된다.

본 발명의 상술한 목적 및 다른 목적, 특징 및 효과는 첨부된 도면을 참조하여 도시된 바와 같이 이하의 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명에서 명백히 알 수 있을 것이다. 도면의 구성 요소는 반드시 서로에 대해 정확하게 비례할 필요는 없다.
도 1은 치아의 컬러를 측정하기 위한 종래의 이미지 기반 장치에서의 구성요소의 배열을 보여주는 개략적 도면이다.
도 2는 치아의 컬러값을 구하기 위해 색분석 변형을 사용하는 초기의 방법을 보여주는 개략적 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 매핑 장치를 보여주는 개략적 블록도이다.
도 4a는 특정 파장에 관한 강도 측정을 보여주는 그래프이다.
도 4b는 도 4a의 측정된 데이터 사이의 점에 대한 곡선을 생성하는데 사용되는 보간법을 보여주는 그래프이다.
도 4c는 일 실시예에서 사용된 광원에 대한 전형적인 스펙트럼 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4d는 일 실시예에서의 광대역 센서 어레이에 대한 분광 감도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 치아로부터 스펙트럼 데이터를 획득하는 단계에 대한 논리 흐름도이다.
도 6은 측정된 값에 대한 이산 보간치를 보여주는 그래프이다.
도 7a는 종래의 컬러 매칭을 이용해서 각 화소에 대해 획득된 3 자극 데이터를 보여주는 개략적 도면이다.
도 7b는 본 발명의 장치 및 방법을 사용하여 각 화소에 대해 획득된 스펙트럼 반사율 데이터를 보여주는 개략적 도면이다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명할 것이며, 도면의 참조 번호에 대해, 각각의 도면에서의 동일한 참조 번호는 동일 구조의 요소를 나타낸다.

본 출원과 관련하여, "협대역(narrow band)"이라는 용어는 20-50㎚의 좁은 범위의 파장에 대부분의 출력광을 방출하는 LED 또는 다른 광원을 설명할 때 사용된다. "광대역"이라는 용어는 적어도 약 400㎚ 에서 700㎚의 넓은 범위의 파장의 입사광에 대한 높은 감도를 보여주는 광센서를 설명할 때 사용된다. 이러한 타입의 센서는 빛에 반응하지만 컬러를 구분하지 않기 때문에 종종 "단색(monochrome)" 센서 또는 다소 부정확하게 "흑백" 센서라고 불린다.

본 출원과 관련하여, "화소 요소"에 대한 "화소"라는 용어는 이미지 처리 기술에서의 당업자가 이해하는 바와 같은 공통의 의미를 갖는다. 객체의 전자 이미지는 빛에 민감한 요소의 배열에 의해 캡쳐되는데, 각각의 요소는 이미지 데이터의 화소를 형성하기 위한 신호를 제공한다.

여기서 도시되고 설명되는 도면은 본 발명에 따른 각각의 광로에 따라 작동 및 구성 요소 관계의 주요 원칙을 도시하기 위해 제공되는 것이며, 실제의 크기나 무게를 나타낼 목적으로 도시되는 것이 아니다. 작동의 기본적인 구조 관계 또는 원칙을 강조하기 위해 몇몇 과장된 표현이 필요할 수 있다. 예를 들어, 다양한 타입의 광학 마운트와 같이 설명되는 실시예의 구현을 위해 필요할 수도 있는 몇몇 종래의 구성요소는 본 발명 자체의 설명을 간단히 하기 위해 도면에 도시하지 않는다. 이하의 도면 및 본문에서의 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호로 나타내었으며, 이미 설명된 구성 요소, 배열 또는 구성요소의 상호작용에 관한 유사한 설명은 생략한다. 사용되는 "제 1의", "제 2의"등과 같은 용어는 반드시 순서 또는 우선순위 관계를 나타내는 것은 아니며 단순히 구성 요소를 더 분명히 구별하기 위해 사용된다.

"컬러" 및 "파장 대역"이라는 용어는 본 명세서와 관련하여 사용되는 바와 같이 일반적으로 동의어이다. 예를 들어, 레이저 또는 다른 고체 광원은, 최고 출력 파장(635㎚)이나 파장 대역(630 내지 640㎚)이 아닌 레드와 같은 일반적인 컬러에 의해 참조된다.

여기서 사용되는 "집합"이라는 용어는 구성 요소의 수집 개념이나 집합의 구성 요소가 초등 수학에서 널리 이해되는 것처럼 비공집합을 말한다. "부분집합"이라는 용어는 명확히 언급되지 않으면 여기서는 비공 진부분집합, 즉, 하나 이상의 구성 요소를 포함하는 큰 집합의 부분집합을 말한다. 집합 S에 대하여, 부분집합은 완전한 집합 S를 포함할 수 있다. 그러나 집합 S의 "진부분집합"은 집합 S에 엄격히 포함되며 집합 S의 적어도 하나의 구성요소를 제외한다.

본 명세서와 관련하여, "치아 관련물(dental object)"라는 용어는 구강에서의 사용 또는 응용을 위한 객체, 재료 또는 다른 구성요소를 말하며, 치아, 치관, 틀니 보강재 및 다른 지지물과 같은 보철 기기, 가공 의치, 충전재, 색조 매칭 탭 등을 포함한다.

치아의 컬러를 특징짓는 몇몇 시도와 대조적으로, 본 발명의 장치 및 방법은 컬러 측정에 영향을 미치며 컬러를 정확하게 특징 짓는 작업을 복잡하게 하는 요인들의 조합을 고려한다. 예를 들어, 본 발명의 특정 실시예는 정확한 컬러 데이터를 이끌어내기 위한 조명 파장 및 검출기 응답 특성과 같은 가변 요인을 확인하고 보상한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에서 사용되는 접근법은, 치아 또는 다른 치아 관련물의 이미지에서의 화소별로 측정 장치의 분광 감도에 대해 실질적으로 독립적이며 파장 조합의 발광체에 적용하는 컬러에 대한 객관적 측정 결과를 제공하는데 이용될 수 있는 스펙트럼 반사율 데이터를 획득한다. 그 결과, 본 발명에서 치아의 컬러 매핑을 위해 얻어진 데이터는 공지의 스펙트럼 분산으로 일련의 사용 가능한 발광체에서 취득된 발광체 아래서 보여지는 경우에 객체의 시각적 컬러를 재구성하는데 이용될 수 있다. 치아 관련물에 대해 생성되는 컬러 매핑은 디스플레이되는 이미지를 생성하는데 이용되거나 컬러 매핑 데이터를 치관이나 다른 치아 보철 기기 또는 충전재와 같은 다른 객체 또는 재료와 비교하는데 사용될 수 있다. 치아 관련물을 위해 생성된 컬러 매핑은 또한 예를 들어, 치아의 보철 기기를 설계하고 형성하기 위해 사용될 수 있다. 치아 또는 다른 치아 관련물에 대한 컬러 매핑은 상당한 양의 데이터를 포함할 수 있으며, 일반적으로 컴퓨터로 접근 가능한 메모리에 데이터 파일로서 저장된다.

도 1을 참조하면, 치아의 컬러 데이터를 획득하는 종래의 촬상 장치(10)의 개략적 블록도가 도시된다. 조명 광원(12)은 치아(20)에 빛을 비춘다. 그러면 촬상 모듈(18)은 이미지를 획득하여 이미지 데이터를 컬러 재구성 모듈(22)로 제공한다. 그 출력은 치아 표면에서의 점들에 해당하는 일련의 시각적 컬러 값이다.

도 1의 기본 배열은 앞서 배경 기술 부분에서 설명된 각각의 이미지 기반 컬러 측정 접근법에 사용된다. 도 2는, 예를 들어, 앞서 인용된 Giorgianni 외에 의해 공통으로 할당된 830 특허에서 설명된 시스템을 구현하는 개략적 도면을 도시한다. 촬상 장치(30)에서, 조명 광원(12)은 치아(20)에 백색광 조명을 제공한다. 렌즈(32)는 화소별로 해당하는 레드, 그린, 블루 값을 제공하는 센서(34)로 반사광을 보낸다. 색 보정 변환기(36)는 모든 화점(이미지 point)에 대한 출력으로서 시각적 컬러 값을 생성한다.

도 1 및 도 2에서 보여지는 접근법과 대조적으로, 본 발명의 장치 및 방법은 스펙트럼 반사율에 따른 컬러 재구성을 활용하는 컬러 매핑 장치를 제공한다. 이러한 접근법은 치아의 실제 컬러 특성에 본질적으로 더 정확한 일련의 데이터를 제공함으로써 RGB-기반 및 색 분석 장치에 효과적이다. 효과적으로, 이러한 방법은 분절성에 좌우되지 않는데, 분절성은 측정 시스템의 발광체에 따라 측정 결과를 다르게 렌더링할 수 있다. 일반적인 분광 광도 측정 장치와 다르게, 본 발명의 장치 및 방법은 치아 이미지에서 화소별 스펙트럼 데이터를 획득한다. 더욱이, 이 정보는 감광 장치보다는 화상 배열을 사용하여 획득된다.

본 발명의 장치 및 방법은 단일 화소나 인근 화소의 계열화에 대한 정확한 컬러 측정 결과를 획득할 뿐만 아니라, 촬상 장치의 사용으로 인해, 치아 관련물의 전체 이미지의 정확한 컬러 매핑에 적당한 정보를 제공한다. 촬상 어레이를 이용하여 스펙트럼 측정 데이터를 획득함으로써, 본 발명의 실시예는 스펙트럼 데이터가 치아 이미지의 화소별로 생성되는 측정결과를 획득한다.

도 3의 개략적 도면을 참조하면, 컬러 측정 및 스펙트럼 반사율 매핑 장치(40)는 개별 컬러에 대한 빛을 제공할 수 있는 조명 장치(24)를 사용한다. 일 실시예에서, 조명 장치(24)는 각각 파장 대역(λ1,λ2,λ3,λ4)을 갖는 컬러 LED에서 보여지는 바와 같이 멀티 협대역 광원(14b,14g,14y,14r)을 구성한다. 도 3의 실시예에서, 4개의 LED가 일 예로서 도시된다, 컬러별로 임의의 수의 다른 컬러 및 한개 이상의 LED 또는 다른 광원이 있을 수 있다. 본 실시예에서, 광대역 화상 센서 어레이(44), CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 촬상 어레이는 각 협대역 광원으로부터의 반사광에 해당하는 화소 별로 일련의 출력값을 제공한다. 기준 타겟(28)은 이어서 설명되는 바와 같이 시스템에서의 강도 변경 수정에 사용되는 기준 강도 측정결과를 획득하는 기준 객체로서 선택적으로 제공된다. 일 실시예에서, 기준 타겟(28)은 공지의 스펙트럼 반사율 특성을 갖는 회색 패치이다. 기준 타겟(28) 및 치아(20) 모두는 화상 렌즈(32)의 측정 시야각 안에 존재한다. 다른 실시예에서, 기준 타겟(28)은 이미지 영역에 나타나지 않지만, 기준 및 보정 데이터를 획득하는 개별적인 장치나 객체이다.

도 3에 도시된 장치를 이용하여 스펙트럼 데이터를 구하기 위하여, LED 또는 다른 광원은 컬러 그룹에 따라, 빠르게 연속적으로 한번에 한 컬러 그룹씩 활성화 될 수 있으며, 반사광의 해당 측정 결과는 화상 센서 어레이(44)로 획득된다. 도 3에서 썸네일 형식으로 도시된 바와 같이, 이는 효과적으로 본 예에서는 치아 이미지의 화소별로, 그래프에서의 다수의 점, 각각의 파장 대역(λ1,λ2,λ3,λ4)에 해당하는 하나의 강도 해석을 제공한다.

스펙트럼 반사율 보간법 모델(46)은 이러한 점들을 이용하여 전체 스펙트럼 반사율 곡선을 생성하며, 다수의 계산법 중 하나를 이용하여 측정된 값 사이의 점들을 보간한다. 그 결과가 치아 이미지의 개별 화소별 스펙트럼 반사율 곡선이다. 이 데이터는 단순히 직접적으로 3 자극값을 측정하려 시도하거나 RGB에서 예를 들어, 색상-명도-채도 값(HSV)이나 균등 색차 색도 시스템(CIELAB(Commission Internationale de I’ecl- airage L*a*b*)과 같은 표준 컬러 공간으로 컬러 변환을 수행하는 상술된 방법을 수행하는 것보다 더 정확하게 컬러 색조를 표현하는 컬러 매핑을 제공한다. 또한, 도 3에는 제어 로직 프로세서(38)가 도시되었는데, 이는 제어 로직 처리를 수행하며, 이러한 처리 기능을 실행하고 중간 및 최종 결과를 저장하는 지원 전자 메모리 구성요소를 포함한다. 이러한 구성요소는 화상 기술의 당업자들에게 잘 알려져 있다.

도 4a의 그래프는 4개의 이산적 강도 측정결과가 화소별로, 각각 파장 대역(λ1,λ2,λ3,λ4)에 해당하는 광원(14b,14g,14y,14r) 마다 하나씩 획득된 예를 보여준다. 이는 도시된 바와 같이, 4개의 강도 vs 파장에 대한 그래프에서 4개의 점을 산출한다. 그러나 전체 스펙트럼 반사율 특성은 각 파장에서 값을 갖는다. 따라서, 도 4b의 예를 통해 도시된 바와 같이 화소에 대해 완전한 스펙트럼 반사율 곡선을 얻기 위하여 몇몇 타입의 보간법이 필요하다.

정확한 측정 결과를 얻기 위해 시스템에서의 다른 에너지 레벨과 측정감도에 대한 지식이 필요하다. 도 4c가 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서는 LED인 각각의 협대역 광원은 제한된 범위의 출력 강도를 제공한다. 파장 대역(λ1,λ2,λ3,λ4)은 이러한 강도 곡선의 최고점에서의 일반 파장에 의해 확인된다.

광대역 센서 어레이(44)는 활성화되어 화소별 측정된 값을 제공하는 조명 장치(24) 구성요소에 해당하는 반사광의 양을 측정하는 센서 어레이 타입일 수 있다. 일 실시예에서, 광대역 센서 어레이(44)는 가시적 파장 범위에 걸쳐 넓은 분광 감도 특성을 갖는다. 이는 눈의 "컬러 매칭 기능"이나 컬러 센서 어레이의 분광 감도와 확실히 다른데, 양쪽 모두 가시적 파장의 격리된 대역에서만 유효 숫자를 갖는다. 예를 들어, 단색 CCD 촬상 어레이는 도 4d의 예에서 도시된 바와 같이 일반적인 양자 효율 곡선을 가질 수 있다. 이 장치는 조명이 비추어지는 대로 각각의 광원(14b,14g,14y,14r)에 해당하는 반사광의 양을 측정하여, 수신된 감지 광도 수신을 나타내는 출력 신호를 제공한다. LED 광원의 최대 파장 및 대역폭이 알려져 있기 때문에, 측정치는 컬러 필터 어레이(CFA)나 다른 필터링 구성요소를 필요로 하지 않으면서 손쉽게 파장에 연관될 수 있다.

도 5의 논리 흐름도는 본 발명의 일실시예에서 도 3의 치아에 대한 스펙트럼 반사율 값을 획득하는 컬러 측정 및 스펙트럼 반사율 매핑 장치(40)에서 제어 로직 처리 구성요소에 의해 실행되는 단계를 보여준다. 루핑 절차는 소스 컬러, 여기서는 각 LED 컬러 또는 다른 협대역 조명 광원, 마다 한번씩 수행된다. 조명단계(S110)에서 LED 또는 다른 협대역 조명 광원이 활성화된다. 이미지 촬상 단계(S120)는 치아(20)의 이미지 및 선택적으로 주어진 조명에서의 기준 타겟(28)의 이미지를 얻는다. 결과 이미지는 치아에서 반사되고 이미지 촬상 단계(S120)에서 화소별로 캡쳐된 광을 포함한다. 반사점 값은 실제의 반사율 값에 비례하는 화소값이다. 광대역 센서 어레이에서 측정된 반사점 값은 획득 값 단계(S130)에서 구해지고 저장된다. 단계 S110, S120 및 S130을 포함하는 루프는 LED 또는 다른 협대역 광원의 각 컬러 그룹이 활성화될 때까지 반복된다. 최종 결과는 치아 또는 다른 치아 관련물에 대한 일련의 이미지이다.

도 5의 로직 흐름을 계속하면서, 보간법 단계(S140)는 선행하는 단계에서 저장된 점 값에 따라 예를 들어, 이미지 화소별로 스펙트럼 반사율에 비례하며 스펙트럼 반사율 곡선을 생성하는데 사용될 추가값을 구성한다. 도 3의 개략적 블록도에 대하여, 이 단계는 스펙트럼 반사율 보간법 모델(46)의 일부로서 실행된다. 일 실시예에서, 이 데이터는 치아 이미지의 화소별로 도 6의 스펙트럼 반사율 곡선을 구성하는데 사용된다. 계산 단계(S150)는 S140 단계의 보간치, 조망 발광체에 대한 스펙트럼 분산 데이터 및 CIE 뷰어 매칭 기능을 이용하여 치아 영역에 대한 시각적 컬러 값을 수집하고 재구성한다. 출력된 시각적 컬러 값은 조명 시스템의 분절성이나 다른 영향 없이 치아의 본래 컬러 내용을 더 정확히 전달하는데 사용될 수 있다. 이러한 값은 이미지 렌더링에 사용될 수 있으며 나중에 사용하기 위해 컴퓨터로 접근할 수 있는 전자 메모리에 저장될 수 있다. 메모리 자체는 단기 저장용 랜덤 액세스 장치이거나 장기 저장용 광 또는 자기 저장 유닛일 수 있다. 컬러 매핑은 필요에 따라 생성될 수 있으며, 기억 장치는 임시 "작업 공간"이며 예를 들어, 컬러 매치나 비교를 수행하는 기간 동안 또는 이미지를 표시하는 동안 제어 로직 프로세서(38)에 의해 사용된다. 또한, 제어 로직 프로세서(38)는 예를 들어, 발광체 타입으로 색인화된 컬러 매핑 데이터베이스의 일부와 같이 장기적 컬러 매핑을 저장할 수 있다. 일단 컬러가 매핑되어 컴퓨터로 접근 가능한 메모리에서 이용할 수 있게 되면, 이는 예를 들어, 보철 기기나 재료에 대한 해당 컬러 매핑 데이터 비교에 사용될 수 있다.

도 5의 순서는 일련의 발광체 조건 아래서의 컬러 매칭을 가능하게 한다. 수집된 컬러 매핑 데이터는 백색광, 형광, 자연광 또는 태양광 및 다른 소스를 포함하는 시야 광의 소스와 가장 잘 매칭되는 컬러를 계산하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 치과에서 획득된 컬러 매핑 데이터는 자연광(태양광)으로 본 보철물, 모델이나 연기자와 같이 무대 조명 아래서 본 보철물, 사물실 환경이나 다른 조명 조건에서의 형광에서 본 보철물에 대해 가장 잘 매치되는 컬러를 결정하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은, 컬러를 측정하는데 사용되는 특정 조명 조건으로 컬러 매핑 및 컬러 매치가 강요된 이전의 RGB 및 색분석 방법에서 효과적인데, 특정 조명 조건은 환자에게 가장 중요한 조명 조건과 매우 다를 수 있다.

도 5의 과정에서 획득된 정보는 다양한 방법으로 저장되고 사용될 수 있다. 생성되는 시각적 컬러 값은 예를 들어, 디스플레이용 매핑을 렌더링하는데 직접적으로 사용될 수 있으며, 또는 어떻게든 부호화되어 메모리에 저장될 수 있다. 스펙트럼 반사율 값은 다른 치아 이미지 데이터와 관련되어 치과 기공실이나 정확한 컬러 특성화가 효과적인 다른 시설에 제공될 수 있다. 이어서 더 자세하게 설명되는 매핑 보간 계수는 측정되거나 계산된 화소 값에 따라 교대로 저장될 수 있다.

도 6의 그래프는 치아 이미지의 각 화소에 적용된 바와 같이, 도 5에 대해 설명된 로직 순서의 단계 S140 및 단계 S150에서의 처리 결과를 보여준다. 측정된 값은 스펙트럼 반사율에 비례하며 특유의 스펙트럼 반사율 곡선을 정의하는데 사용되는 데이터를 제공하는데 사용된다. 다수의 보간치는 측정값 사이 및 측정값 외부에 놓여지는 파장에 대해 제공된다. 적용된 보간법에 대해 종래의 용어를 사용하여, 도 6에 도시된 측정값들은 마디(knot) 사이의 부분(segment)에 따라 보간치를 이용한 마디라고 여겨진다.

다양한 적절한 보간법이 보간치를 결정하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 측정값의 선형 관계에 따른 단순한 선형 보간법이 사용된다. 기술적으로 잘 알려진 다른 좀 더 복잡한 보간 체계는 예를 들어, 입방체 스플라인과 같은 고차 스플라인 피팅(higher-order spline-fitting) 알고리즘을 포함한다. 좀 더 복잡한 스플라인 피팅 기술은 더 매끄러운 보간법 곡선을 얻기 위한 다항식 방법을 사용할 수 있다.

다른 보간법은 최소 이승 보간법을 사용한다. 이 방법은 보간법 알고리즘 및 실제의 측정값에 의해 계산된 것과 같은 값 사이의 거리를 최소화하려 한다.

일 실시예에서 도 5에서 설명된 방법은 치아 이미지의 화소별로 도 6의 예에서 도시된 멀티 측정 결과를 획득한다. 이는 잠재적으로 상당히 큰 양의 데이터이며, 치아 이미지의 스펙트럼 성분에 대한 완전 평가를 화소 단위로 제공한다. 치아 이미지에 대해 수집된 데이터는 비체절적이므로, 종래의 색분석, RGB, 또는 시각적으로 매칭되는 시스템이 컬러 매핑에 사용되는 경우 컬러 데이터를 절충할 수 있는 조명 의존도의 바람직하지 않은 영향을 제거한다.

계산 절차

앞서 언급된 바와 같이, 본 발명의 장치 및 방법은 적은 양의 측정 결과에 기반하여 상당한 양의 스펙트럼 데이터를 생성하여 사용한다. 도 5의 계산 단계(S150)는 스펙트럼 반사율 값의 배열에서 추출될 수 있는 타입의 유용한 컬러 데이터 정보를 생성하는데 이용될 수 있으며, 따라서 많은 양의 데이터를 더 쉽게 사용 가능한 형식으로 변환하는데 사용될 수 있다. 하나 이상의 화소에 대한 CIE 3 자극값(X,Y,Z)은 시각적 응답 특성에 따라 이러한 측정 결과에서 얻어지는 컬러 데이터를 나타내는 하나의 유용한 메커니즘을 제공한다.

상술된 바와 같이, 종래의 방법을 사용하여 정확한 컬러 측정 결과를 획득하는 작업은 조명 및 센서 응답의 변수를 동일시한다. 이러한 문제는 본 발명의 향상된 방법에 의해 언급된다. 컬러 측정 및 스펙트럼 반사율 매핑 장치(40)를 사용하여 특정 파장(λ)에 대해, 이하의 수식에서는 다음에 오는 LED 조명에 대해 획득된 일반화된 측정 신호

는 다음과 같이 나타낼 수 있다

여기서,

는 치아 또는 다른 치아 관련물에 대한 실제 반사율이다. 또한, 이 변수는 치아 재료를 참조하여

와 같이 표현된다,

는 센서 응답이다,

는 i 번째 LED 또는 다른 협대역 광원의 강도이다.

수학식 1은, RGB나 백색 광원을 사용하든, 이미지 센서 어레이가 CCD, CMOS, 또는 다른 타입의 광 센싱 장치이든 간에 일반적인 치아에 대한 컬러 측정 결과가 true 값을 갖는다는 것을 알 수 있다. 특히, RGB-기반 컬러 측정 장치 및 색분석 측정 장치와 같은 종래의 치아 컬러 측정 장치는 측정된 신호

에서 직접적으로 치아 컬러 값을 생성한다는 것에 주목하는 것이 유익하다. 그러나 수학식 1에서 보여지는 바와 같이, 이러한 신호는 실제의 치아 반사율

, 발광체, 센서 응답이라는 3개의 변수 요인의 곱 자체이다. 이는 광원 및 종래의 RGB-기반 또는 색분석 측정 장치로는 정확한 컬러 계산이 얻어지지 않는다는 센서 응답에 대한 측정 결과에 대한 의존도 때문이다. 그러나, 종래의 해결책과 다르게, 본 발명의 접근법은 치아 반사율

를 측정된 신호의 다른 두 개의 요인과 분리해 놓는다. 획득된 반사율

는 어떤 조명 조건 아래서 컬러에 대한 정확한 특징을 나타내는데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 본 발명의 방법은 컬러 특징 묘사를 위해 분광 광도 접근법을 이용한다. 그러나, 객체의 한 위치에서 단일 감광 장치를 위한 이러한 데이터를 추출하는 하나 이상의 측정 결과를 획득하는 종래의 분광 광도 기구와 다르게, 본 발명의 장치 및 방법은 특성이 잘 묘사된 협대역 광원과 전체 객체에 대한 분광 광도 데이터에 대한 매핑을 캡쳐하는 단색 센서 어레이를 사용하여 이 데이터를 획득한다.

본 발명의 실시예에서, i(i = 1, 2, …, N)으로 나타나는 N개의 LED 컬러 광원별로 하나씩 멀티 신호값

이 획득된다. 수학식 1에서와 같이,

를 사용하여 정확하고 일관된 측정 결과를 제공하기 위하여, 발광체 강도 및/또는 센서 응답

의 변동에서부터 처럼, 장치의 단기 변화를 보상할 필요가 있다. 이러한 이유로, 촬상 과정의 부분으로서, 기준 타겟 측정 결과

는 보정 기준으로서 사용되기 위해 선택적으로 획득된다.

여기서,

는 기준 타겟(28)의 반사율이다. 이 값은 기준 타겟(28)(도 3 참조)에서 이미지를 독취하여 획득되는데, 기준 타겟(28)은 일 실시예에서 치아 표시의 동일 촬상 영역 안에 위치한다. 다른 실시예에서, 기준 타겟(28)에서의 이미지 독취는 예를 들어, 촬상 세션의 시작에서와 같이 개별적으로 획득된다.

값

와

이 주어지면, 수정된 측정 값인 스펙트럼 반사율을 획득하기 위한 더 유용한 수량은 수학식 3에 의해 구해진다.

여기서,

는 LEDi의 최고값에서의 기준 타겟(28)에 대한 공지된 반사율이다. 수정된 측정값

은 측정 결과 변동성의 일차 소스를 제거하여 강도 또는 장치 응답의 크기에 대한 의존성을 제거한다. 수정된 측정 값

에서, 뒤이은 편차가 매우 정확한 컬러 매핑을 제공하기 위한 시각적 컬러 값을 획득하는데 사용될 수 있다.

화소별 각각의 3 자극의 컬러 값(X,Y,Z, 이하, X1=X, X2=Y 및 X3=Z인 Xq (q=1,2,3)로 표현된다)은 다음 방식으로 치아 반사율에서 계산될 수 있다:

여기서,

의 값은 표준 관찰자의 해당 시각적 컬러 매칭 기능이며 I(λ)는 치아가 표시되는 광원의 스펙트럼 분산이다.

값은 컬러 측정 및 스펙트럼 반사율 매핑 장치(40)에 의해 직접적으로 측정되지는 않지만 데이터 보간 처리를 통해 N개의 수정되어 측정된 값

에서 추정될 수 있다.

단순한 선형 보간법은 다음과 같다

여기서,

는 보간 계수이다.

수학식 5는 화소에서 전체 스펙트럼 반사율 곡선을 재구성하는데 사용될 수 있다. 이 처리의 결과는 수학식 4에 따라 3 자극값을 계산하는데 사용될 수 있다.

두 개의 개별 단계로서 수학식 5 및 수학식 4를 실행하는 대신에, 이 두 개의 수학식은 수정되어 측정된 신호

에 3 자극값을 직접적으로 관련시키도록 결합될 수 있다. 수학식 4 및 수학식 5를 결합하는 경우, 오직 LED나 다른 광원의 최고 파장에 해당하는 이산적인 파장

에서 두 개의 식을 평가할 필요가 있어,

는

가 된다. 그 결과, 3 자극 컬러 값은 수정되어 측정된 값

에서 수학식 6 및 수학식 7의 형식으로 직접적으로 계산될 수 있다.

또는

여기서, 동치 행렬은,

사용되는 특정 보간법 커넬, 치아 표시를 위한 조명에 대한 공지의 특성 및 시각적 컬러 매칭 기능으로부터 계산될 수 있다.

수학식 7의 행렬 승산 관계를 사용하여, 컬러 측정 및 스펙트럼 반사율 매핑 장치(40)에서 획득되는 수정되어 측정된 값은 공지의 스펙트럼 에너지 분산을 잉요한 조명 조건 아래서 치아를 위한 컬러의 3 자극값을 계산하는데 사용될 수 있다. 이 절차를 치아와 색조 매핑 탭 모두에 적용하면 최선의 매칭이 탐색될 수 있는 두 개의 3 자극값 세트가 산출된다. 또한, 3 자극값은 치아와 색조-매칭 탭 사이의 가장 근접한 매칭을 발견하는 CIELAB이나 HSV 컬러 공간 같은 다른 시각적 컬러 공간으로 변환될 수 있다.

상기의 접근법은 단색 광대역 센서 어레이를 위해 설명되었다. 각 LED가 활성화될 때 종래의 RGB 센서 어레이가 신호를 제공하기 위해 사용되면, 동일한 방법이 또한 사용될 수 있다. RGB 컬러 센서의 경우, 특정 LED 조명에 대한 최고 신호 레벨을 갖는 컬러 채널이 사용될 수 있으며, 3 자극값 역시 수학식 7에 따라 계산된다. 센서의 모든 3 컬러 채널이 각 LED 조명을 위해 사용되면, 추가적인 행렬 곱셈으로 수학식 7과 유사한 방식으로 수정되어 측정된 값으로 3 자극값이 계산될 수 있는데, 추가적 행렬 곱셈은 멀티 컬러 채널의 신호 조합 방법에 따라 결정된다.

본 발명에서 개시된 바와 같이, 치아 표면의 분광 광도 컬러 매핑 획득 작업은 간소화되며 데이터를 제공하는 비용은 종래의 방안 보다 상당히 줄어든다.

LED는 본 발명에 따라 스펙트럼 반사율 데이터를 획득하는 광원으로서의 효과가 있다. 바람직한 실시예에서, LED는 대부분의 빛을 약 40㎚ 보다 적은 파장의 범위에 방출한다. 다른 타입의 협대역 광원은 또한 반사율 측정을 위해 필요한 조명을 제공하는데 사용될 수 있다. 다른 타입의 광원은 예를 들어, 램프와 같은 광대역 광원에서 여과된 빛을 포함한다. 도 3의 예에서는 4개의 LED가 도시된다. 일반적으로 다른 파장을 갖는 적어도 3개의 광원이 사용되어야 한다, 4개 이상의 광원 사용은 스펙트럼 반사율 곡선을 생성하는 측정된 점들의 숫자를 증가시키는 효과를 제공한다.

본 발명의 장치 및 방법은 스펙트럼 반사율 값의 매핑을 제공하므로, 종래의 색분석이나 RGB-기반 측정 방법을 사용하는 경우에 이용할 수 있었던 것보다 더 정확한 치아에 대한 트루 컬러 정보를 제공한다. 스펙트럼 반사율은 발광체와 독립적인 완전한 컬러 정보를 포함하므로, 획득한 컬러 데이터는 분절성에 의한 에러에 종속되지 않는다. LED나 다른 작은 광원을 사용하여, 회절 격자나 다른 장치를 필요로 하지 않으면서, 본 발명의 장치는 컴팩트하게 적은 비용으로 패키지화될 수 있다. 예를 들어, 컬러 측정 및 스펙트럼 반사율 매핑 장치(40)는 구강 카메라로서 패키지화될 수 있다.

기준 타겟(28)은 멀티 컬러 이미지를 위한 기준 이미지를 제공하는 적당한 타입의 기준 패치일 수 있다. 균일한 스펙트럼 콘텐츠를 포함하는 몇몇 다른 패치뿐만 아니라 흑백 패치가 사용될 수 있다. 타겟(28)은 개별적으로 표현되거나 고정된 위치와 같은 센서 어레이(44)의 표시 화상 영역으로부터 및 영역 안에서 거의 동일한 거리에서 치아의 옆에 위치할 수 있거나, 작동기를 활성화시키는 것과 같은 촬상 사이클에서 필요한 만큼 기준 화상을 위한 위치를 축으로 할 수 있다.

예를 들어, 보간법을 위해, 동치 행렬을 구하기 위해, 3 자극값을 구하기 위해, 그리고 그 결과를 저장하고 디스플레이하기 위해, 많은 계산 기능이 요구된다. 이러한 기능은 본 발명의 컬러 매칭 및 매핑 장치에 제공되거나 컬러 매칭 및 매핑 장치와 상호작용하도록 구성된 제어 로직 프로세서(38)에 의해 제공될 수 있음이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 저장된 명령은 프로세서 로직 회로가 상술된 컬러 매핑 데이터 액세스, 계산 및 출력 기능을 실행하도록 구성한다. 전용 컴퓨터 워크스테이션, PC, 또는 (디지털 신호 처리 구성요소와 같은) 전용 데이터 처리 구성요소를 이용하는 내장형 시스템과 같은 여러 타입의 제어 로직 프로세서장치는 계산 기능을 위해 사용될 수 있다. 제어 로직 처리 장치는 데이터 저장 및 검색을 위해 전자 메모리에 접근한다. 선택적인 디스플레이 장치는 또한 컬러 매칭 및 컬러 매핑 결과를 표시하기 위해 제공될 수 있다.

다른 컬러 매칭 해결책과 비교하여, 본 발명의 방법 및 장치는 치아 표면의 컬러를 정확하게 표현(profile)하는데 사용될 수 있는 실제의 스펙트럼 반사율 데이터 값

을 분광 광도 또는 치아 이미지에서의 화소별로 효과적으로 저장하는 스펙트럼 반사율 컬러 매핑을 제공한다. RGB 변환 변형이나 색분석 측정에 의존하는 종래의 방법과 비교하면, 본 발명의 방법은 치아 이미지의 화소별로 상당한 양의 데이터를 포함하는 매핑을 생성할 수 있다. 이는 도 7a 및 도 7b에서 개략적으로 표현된다. 도 7a는 종래의 컬러 측정 접근법을 이용한 단일 화소 P에 대해 수집된 컬러 데이터를 보여준다. 도시된 예에서, 단일 데이터 값은 각각의 레드, 그린, 블루의 색 평면에 대해 제공된다. 한편, 도 7b는 본 발명의 방법을 사용하여 화소별로 획득된 스펙트럼 반사율 매핑 데이터의 속성을 보여준다. 여기서, 각 화소 P는, 3 자극값(X,Y,Z) 또는 다른 컬러 데이터에서 파생될 수 있는 실제의 컬러 콘텐츠에 실질적인 양의 정보를 제공하는 연관되는 스펙트럼 반사율 곡선을 효과적으로 포함한다. 실제로, 적은 양의 데이터만이 이 처리를 따라 화소 P 별로 메모리에 실제로 저장될 수 있다, 스펙트럼 반사율 곡선 자체는 상술된 바와 같이 획득된, 저장된 계수 행렬을 이용하여 재구성될 수 있다. 기억장치에서는 각 화소가 일련의 스펙트럼 반사율 값과 연관될 수 있고, 선택적으로 화소의 전체 스펙트럼 반사율 곡선을 다시 생성할 수 있는 보간 행렬에 대한 링크 또는 다른 식별자를 포함할 수 있다. 또한, 계산된 3 자극값, CIELAB 값, 또는 다른 표준 컬러 공간에서의 값은 화소 P 별로 저장될 수 있다.

스펙트럼 반사율 데이터 값을 포함하는 결과의 효과는 치아와 보철 기기 또는 재료의 사이와 같이 치아 관련물 사이의 향상된 컬러 매칭이다. 본 발명의 데이터 획득 및 처리 순서를 이용하면, 컬러 매칭은 다양한 수학적 방법을 이용하여 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 치아 관련물 A에 대한 스펙트럼 반사율 곡선은 치아 관련물 B에 대한 스펙트럼 반사율 곡선과 비교되어 두 곡선 사이의 차이는 적합성이나 측정 기준의 정확성을 평가한다. 예를 들어, 다른 파장 범위에서 두 곡선 사이의 겹쳐지는 영역이 평가될 수 있다. 다른 실시예에서, 3 자극의 데이터 값이나 CIELAB 컬러 값은 각각의 치아 관련물별로 획득되어 비교된다.

본 발명의 방법 및 장치는 매우 정확한 컬러 정보를 획득하기 위한 검출기로서 센서 어레이(34)를 이용한다. 이 구성 요소는 일반적으로 화소마다 하나씩 할당된 멀티 CMOS 또는 CCD 센서의 배열을 포함한다. 일 실시예에서, 광대역 단색 센서 어레이가 사용된다. 그러나, R, G, B 컬러 감지를 위해 설정되거나 몇몇 다른 컬러 공간 특성을 위해 설정된 센서 어레이를 이용하는 것도 가능하다. 본 발명에서 스펙트럼 반사율 데이터를 획득하는 방법은 상술된 바와 같이 이러한 장치에 유사하게 적용될 수 있다. 화소 간격은 컬러 매칭을 위해 변경될 수 있으며, 그로 인해 센서 어레이(44)에서의 멀티 센서의 위치는 예를 들어, 평균값을 구하기 위해 서로 그룹화되거나 군집화될 수 있다. 본 발명의 컬러 측정 장치는 화상 센서 어레이를 사용하기 때문에, 종래의 구강 내 컬러 촬상을 위해 사용되는 동일한 장치는 촬상 및 컬러 측정 모드 작동 모두에 대해 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 개략적인 블록도를 참조하면, 컬러 촬상은 조명 장치(24)에서의 조명 패턴, 센서 어레이(34)의 해상도 및 제어 로직 프로세서(38)에서 제공된 컬러 처리를 변경하여 수행될 수 있다. 종래의 촬상 또는 치아 컬러 매핑을 위한 장치(40)의 동작 모드를 설정하기 위해 모드 스위치(미도시) 또는 조작자 인터페이스에서 발행된 제어 명령이 제공될 수 있다.

일 실시예에서 본 발명의 조명 장치(24)는 멀티 컬러 LED를 이용한다. 그러나, 멀티 컬러 조명을 제공할 수 있는 다른 광원이 교대로 이용될 수 있는데, 다른 광원은 다른 타입의 고체 광원이나 좀더 평범한 램프 또는 컬러 필터가 장착된 램프를 포함한다.

구성요소의 노화 및 편차를 보상하기 위하여 컬러 측정 및 스펙트럼 반사율 매핑 장치(40)는 초기에 주기적으로 보상될 필요가 있으므로 조명 광원(12)에서의 각 LED의 프로파일은 유지 보수되어 정기적으로 업데이트될 수 있다.

10: 촬상 장치
12: 조명 광원
14b, 14g, 14r, 14y: LED
18: 촬상 장치
20: 치아
22: 컬러 재구성 장치
24: 조명 장치
28: 기준 타겟
30: 촬상 장치
32: 렌즈
34: 센서 어레이
36: 색 보정 변형
38: 제어 로직 프로세서
40: 컬러 측정 및 스펙트럼 반사율 매핑 장치
44: 센서 어레이
46: 스펙트럼 반사율 보간법 모델
S110: 조명 단계
S120: 이미지 촬상 단계
S130: 값 획득 단계
S140: 보간 단계
S150: 계산 단계
λ1,λ2,λ3,λ4: 파장 대역
P: 화소

Claims

제어 로직 프로세서에 의해 적어도 부분적으로 수행되는 치아 관련물(dental object)에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법으로서,
치아 관련물을 향해 한번에 한 파장 대역으로 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역의 조명을 비추는 단계와,
촬상 어레이 상에서, 상기 치아 관련물에 대한 일련의 이미지를 형성하기 위하여 각 조명 파장 대역에서 치아 관련물의 이미지를 캡쳐하는 단계와,
상기 캡쳐된 일련의 이미지에서 복수의 화소 각각에 대해,
(i) 상기 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역 각각에 대응하는 화소에 대한 이미지 데이터 값을 획득하는 단계와,
(ii) 상기 획득된 이미지 데이터 값 및 상기 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역에서의 기준 객체(reference object)로부터 획득된 이미지 데이터 값에 따라 상기 치아 관련물의 스펙트럼 반사율에 비례하는 복수의 보간된 이미지 데이터 값을 계산하는 단계와,
표시되는 발광체에 대한 스펙트럼 분산 데이터를 획득하는 단계와,
상기 계산된 보간 이미지 데이터 값 및 상기 획득된 표시되는 발광체에 대한 스펙트럼 분산에 따라 상기 치아 관련물의 시각적 컬러를 재구성하는 단계와,
적어도 상기 재구성된 시각적 컬러를 컴퓨터로 접근가능한 메모리에 데이터로서 저장하는 단계를 포함하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 조명을 비추는 단계는 하나 이상의 LED를 활성화하는 단계를 포함하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 촬상 어레이는 CMOS 또는 CCD 센서 어레이인
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 촬상 어레이는 광대역 또는 단색 센서 어레이인
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 보간된 이미지 데이터 값을 계산하는 단계는 상기 획득한 이미지 데이터 값에 대한 일련의 보간 계수를 결정하는 단계를 포함하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 보간된 이미지 데이터 값을 계산하는 단계는 상기 일련의 보간 계수로부터 파장 함수의 반사율 곡선을 생성하는 단계를 포함하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 일련의 보간 계수로부터 시각적 컬러 값을 계산하는 단계를 더 포함하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 시각적 컬러 값을 계산하는 단계는 상기 일련의 보간 계수와 상기 획득한 이미지 데이터 값의 곱을 계산하는 단계를 포함하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 반사율 곡선으로부터 시각적 컬러 값을 계산하는 단계를 더 포함하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 1 항에 있어서,
촬상 어레이 상에서 각 조명 파장 대역에서의 상기 기준에 대한 이미지를 캡쳐하는 단계를 더 포함하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 기준 객체는 상기 치아 관련물과 동일한 이미지 내에서 캡쳐되는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 기준 객체는 상기 치아 관련물과 별개의 이미지로 캡쳐되는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 기준 객체는 구강 촬상 장치와 연관되는 테스트 패치인
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 기준 객체는 독립형 타겟(standalone target)인 테스트 패치인
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 기준 객체의 이미지는 상기 치아 관련물의 일련의 이미지 데이터 값을 수정하는데 이용되는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 촬상 어레이는 컬러 센서 어레이인
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 치아 관련물은 치아, 컬러 매칭 가이드, 치과 보철물 및 치과 재료를 포함하는 그룹에서 얻어지는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 시각적 컬러 값은 3 자극값, CIELAB 값, HSV 값 또는 표준 컬러 공간에서의 다른 균등물 값인
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 치아 관련물은 제 1 치아 관련물이며,
상기 방법은 컬러 매칭을 계산하기 위해, 제 2 치아 관련물에 대한 반사율 곡선을 획득하는 단계 및 상기 제 1 및 제 2 치아 관련물에 대한 반사율 곡선을 비교하는 단계를 더 포함하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 치아 관련물은 제 1 치아 관련물이며,
상기 방법은 컬러 매칭을 계산하기 위해, 재구성된 시각적 컬러와 제 2 치아 관련물을 비교하는 단계를 더 포함하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 방법.
치아 관련물을 향해 한번에 한 파장 대역으로 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역의 조명을 비추도록 활성화되는 조명 장치와,
적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역에 대한 분광 감도를 가지며, 광학계에 대해 배치되며, 상기 치아 관련물에 대한 일련의 이미지를 형성하기 위하여 각 조명파장 대역에서 상기 치아 관련물의 이미지를 캡쳐하도록 활성화되는 단색 이미지 센서 어레이와,
상기 광학계의 객체 영역에 배치되며 실질적으로 상기 이미지 센서 어레이에 관련하여 초점이 맞춰지는 기준 타겟과,
상기 조명 장치 및 상기 단색 이미지 센서 어레이와 작동 가능하게 연결되며, 상기 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 파장 대역을 순차적으로 제공하기 위해 상기 조명 장치를 활성화하는 저장된 명령에 응답하며, 각 파장 대역의 이미지를 캡쳐 및 저장하며, 화소별 이미지 데이터 값을 계산하며, 스펙트럼 반사율 매핑에 사용되는 보간된 이미지 데이터 값을 생성하는 데이터 보간법을 수행하며, 특정 발광체에 따라 시각적 컬러 계산을 수행하는 저장된 명령에 응답하는 제어 로직 프로세서를 포함하며,
전자 메모리는 적어도 스펙트럼 반사율 값을 화소별로 저장하기 위해 제어 로직 프로세서와 통신하는
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 장치.
제 21 항에 있어서,
구강 카메라 형식인
치아 관련물에 대한 컬러 매핑을 획득하는 장치.