KR20130019296A - Scanning system and method for oral cavity - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 구강 내 치아의 삼차원 형상을 스캐닝하는 구강 내 스캐닝 시스템 및 스캐닝 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an intraoral scanning system and a scanning method for scanning a three-dimensional shape of an intraoral tooth.
현재, 인레이, 크라운, 브리지 등의 치과용 보철물의 제작 방법으로서는, 로스트 왁스법(lost wax process)에 의해 금속 재료나 세라믹스 재료를 주조해서 제작하는 방법이 채용되고 있다. Currently, as a method for producing dental prostheses such as inlays, crowns, bridges, and the like, a method of casting a metal material or a ceramic material by a lost wax process is employed.
그러나, 최근에는 로스트 왁스법을 대신하는 치과용 보철물의 제작 방법으로서, 광학 3차원 카메라를 이용해서 치아 및 잇몸의 구강 내를 측정한 후, CAD/CAM 시스템을 이용해서 치과용 보철물을 설계 및 제작하는 시스템이 주목받고 있다. 이 시스템의 대표적인 예로서, 세렉 시스템(Serec system)이 있다. Recently, however, as a method of manufacturing a dental prosthesis instead of the lost wax method, after measuring the oral cavity of teeth and gums using an optical three-dimensional camera, a dental prosthesis is designed and manufactured using a CAD / CAM system. The system of attention is attracting attention. A representative example of this system is the Serec system.
세렉 시스템은 치아의 형상을, 광학 3차원 카메라를 이용해서 구강 내에서 직접 판독함으로써, 치아 및 잇몸의 구강 내 측정을 실행한다. The Serek system performs intraoral measurements of teeth and gums by reading the shape of the teeth directly in the oral cavity using an optical three-dimensional camera.
광학 3차원 카메라에는 위상 시프트법이나 공간 코드화법으로 대표되는 비접촉 3차원 측정을 실행하는 카메라가 이용된다. 이와 같이, 종래의 치과용 보철물의 제작 방법으로, 광학 3차원 카메라와 CAD/CAM 시스템을 이용함으로써, 로스트 왁스법에 비해서, 효율 좋게 치과용 보철물을 제작할 수 있는 동시에, 구강 내에의 적합 정밀도에서 우수한 치과용 보철물을 제작할 수 있다. As an optical three-dimensional camera, the camera which performs the non-contact three-dimensional measurement represented by the phase shift method or the spatial coding method is used. As described above, by using the optical three-dimensional camera and the CAD / CAM system, the dental prosthesis can be produced more efficiently than the lost wax method, and excellent in the accuracy of fit in the mouth. Dental prostheses can be produced.
하지만, 종래의 광학 3차원 카메라에서는 3각 측량법을 이용하고 있다. 그 때문에, 그 측정 정밀도를 향상시키기 위해서는, 투광측의 광축과 촬상측의 광축과의 예상 각을 크게 할 필요가 있다. 예상 각을 크게 하기 위해서는, 광학 3차원 카메라의 크기를 크게 할 필요가 있지만, 광학 3차원 카메라는 구강 내에 삽입하는 것이기 때문에, 그 크기를 크게 하는데 한계가 있다. However, in the conventional optical three-dimensional camera, the triangulation method is used. Therefore, in order to improve the measurement accuracy, it is necessary to enlarge the anticipated angle of the optical axis of a light transmission side, and the optical axis of an imaging side. In order to increase the expected angle, it is necessary to increase the size of the optical three-dimensional camera. However, since the optical three-dimensional camera is inserted into the oral cavity, there is a limit to increasing the size.
종래의 구강 내 촬영용 디지털 카메라가 공개특허공보 10-2008-0081804에 개시되어 있다. A conventional digital camera for intraoral imaging is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2008-0081804.
종래의 구강 내 촬영용 카메라는 구강 내에 삽입되는 경통부와, 경통부에 이어져 형성된 중간부와, 중간부에서 이어져 형성된 그립부로 구성되는 카메라 본체와, 경통부에 끼움 장착되는 치과 기구와, 카메라 본체에 설치되어 카메라 본체에서 촬영된 영상을 디스플레이하는 액정표시장치를 포함한다. Conventional intraoral cameras include a camera body comprising a barrel portion inserted into the oral cavity, an intermediate portion connected to the barrel portion, and a grip portion extending from the intermediate portion, a dental instrument fitted to the barrel portion, and a camera installed on the camera body. It includes a liquid crystal display for displaying an image taken by the main body.
하지만, 종래의 구강 내 촬영용 카메라는 디지털 카메라를 이용하여 치아를 촬영하고, 촬영된 영상을 액정표시장치에서 디스플레이하는 기능만 할 뿐 치아의 3차원 입체 영상을 얻을 수 없다. However, the conventional intraoral imaging camera only takes a function of photographing a tooth using a digital camera and displaying the photographed image on a liquid crystal display, and thus cannot obtain a 3D stereoscopic image of the tooth.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 치아 및 잇몸 등의 구강 내 3차원 입체 영상을 얻을 수 있는 구강 내 스캐닝 시스템을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an intraoral scanning system that can obtain a three-dimensional stereoscopic image of the oral cavity, such as teeth and gums.
본 발명의 다른 목적은 시스템의 사이즈를 작게 만들고 손잡이를 잡고 손잡이에 설치된 촬영 스위치를 온(ON)시키면 구강 내 스캐닝이 가능하므로 사용이 편리한 구강 내 스캐닝 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an intraoral scanning system that is easy to use because the intraoral scanning is possible by reducing the size of the system and holding the handle and turning on the photographing switch installed on the handle.
본 발명의 또 다른 목적은 스캔 영역에 복수의 격자 패턴들이 평행한 광선으로 투영되도록 하여 3차원 영상의 정밀도를 향상시킬 수 있는 구강 내 스캐닝 시스템을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide an intraoral scanning system capable of improving the precision of a 3D image by allowing a plurality of grating patterns to be projected in parallel to the scan area.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 따른 구강 내 스캐닝 시스템은 케이스와, 상기 케이스의 후방에 설치되어 레이저 광을 조사하는 레이저 다이오드와, 상기 케이스의 전방에 연결되어 상기 레이저 다이오드에서 발생된 레이저 광을 구강 내의 피측정물에 투광하는 투광부와, 상기 피측정물에서 반사된 광을 촬영하는 카메라 유닛과, 상기 레이저 다이오드에서 조사되는 광을 격자 패턴 형태로 만드는 격자 마스크와, 상기 격자 마스크를 이동시키는 피에조 액추에이터를 포함한다.Intraoral scanning system according to the present invention for solving the above problems is a case, a laser diode installed at the rear of the case to irradiate the laser light, the laser light is generated in the laser diode connected to the front of the case A light transmitting portion for transmitting the light to the object to be measured in the oral cavity, a camera unit for photographing the light reflected from the object to be measured, a grating mask for forming the light emitted from the laser diode into a grating pattern form, and moving the grating mask. And piezo actuators.
본 발명의 레이저 다이오드의 후방에는 레이저 광을 확산시키는 제1렌즈 어셈블리가 배치되는 것을 특징으로 한다.The first lens assembly for diffusing the laser light is disposed behind the laser diode of the present invention.
본 발명의 격자 마스크의 후방에는 레이저 광을 평행광으로 만드는 제2렌즈 어셈블리가 배치되는 것을 특징으로 한다.A rear side of the grating mask of the present invention is characterized in that a second lens assembly is arranged which makes laser light parallel light.
본 발명의 케이스는 하면에 손잡이부가 연결되고, 상기 손잡이부에는 스캐닝 시스템을 동작시키는 촬영 스위치가 설치되는 것을 특징으로 한다.The case of the present invention is characterized in that the handle portion is connected to the lower surface, the handle portion is provided with a shooting switch for operating the scanning system.
본 발명의 투광부는 상기 케이스의 전면에 연결되어 레이저 광이 통과하는 통로 역할을 하는 관부와, 상기 관부의 끝부분에서 하측방향으로 직각으로 절곡되어 피측정물을 스캐닝하는 측정노즐과, 상기 측정노즐의 상면에 배치되어 레이저 광을 반사시키는 반사경을 포함한다.The light transmitting part of the present invention is connected to the front surface of the case and the tube portion which serves as a passage through the laser light, the measuring nozzle bent at a right angle in the downward direction at the end of the tube portion to scan the object to be measured, and the measuring nozzle A reflector disposed on an upper surface of the reflector to reflect the laser light.
본 발명의 관부의 외측면에는 상기 투광부의 자세 및 위치를 감지는 위치 감지센서가 설치되는 것을 특징으로 한다.The outer surface of the tube of the present invention is characterized in that the position sensor for detecting the position and position of the light transmitting portion is installed.
본 발명은 투광부의 일측에 설치되어 피측정물의 3차원 좌표를 얻기 위한 3차원 스캐닝 유닛을 더 포함한다.The present invention further includes a three-dimensional scanning unit installed at one side of the light transmitting part to obtain three-dimensional coordinates of the object to be measured.
본 발명의 격자 마스크는 세로방향으로 일정 간격으로 줄무늬가 형성되고, 스캔 영역에 투영된 격자 패턴이 균일한 밝기를 가질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. The grating mask of the present invention is characterized in that streaks are formed at regular intervals in the vertical direction, and the grating pattern projected on the scan area can have uniform brightness.
본 발명의 피에조 액추에이터는 상기 격자 마스크를 단계적으로 이동시켜 0, π/2, π, 3π/2만큼 이동된 4 개의 패턴 이미지를 만드는 것을 특징으로 한다.The piezo actuator of the present invention is characterized in that four grid images moved by 0, π / 2, π, and 3π / 2 by moving the grating mask in steps.
본 발명의 구강 내 스캐닝 방법은 레이저 광을 격자 패턴 형태의 광으로 만드는 단계와, 상기 레이저 광을 구강 내 피측정물에 조사하는 단계와, 상기 피측정물에서 반사된 레이저 광을 촬영하는 단계와, 격자 마스크를 이동시켜 위상이 서로 다른 4 개의 패턴 이미지를 획득하는 단계와, 상기 4 개의 패턴 이미지로부터 3차원 영상을 계산하여 디스플레이부에 디스플레이하는 단계를 포함한다.The intraoral scanning method of the present invention comprises the steps of making the laser light in the form of a lattice pattern, irradiating the laser light to the measurement object in the oral cavity, photographing the laser light reflected from the measurement object; Moving the grid mask to obtain four pattern images having different phases; and calculating and displaying a three-dimensional image from the four pattern images on the display unit.
본 발명의 4 개의 패턴 이미지를 획득하는 단계는 격자 마스크를 제1위치에 배치하여 제1패턴 이미지를 획득하고, 상기 격자 마스크를 제2위치로 이동하여 π/2 만큼 이동된 제2패턴 이미지를 획득하고, 상기 격자 마스크를 제3위치로 이동하여 π 만큼 이동된 제3패턴 이미지를 획득하고, 격자 마스크를 제4위치로 이동하여 3π/2만큼 이동된 제4패턴 이미지를 획득하는 것을 특징으로 한다.In the obtaining of the four pattern images of the present invention, the grid mask is disposed at a first position to obtain a first pattern image, and the grid mask is moved to a second position to obtain a second pattern image moved by π / 2. Obtain a third pattern image shifted by π by moving the grating mask to a third position, and obtain a fourth pattern image shifted by 3π / 2 by moving the grating mask to a fourth position do.
본 발명의 3차원 영상을 계산하는 단계는 서로 다른 위상을 갖는 4 개의 패턴 이미지의 위상을 계산하여 위상 지도를 완성하는 단계와, 상기 계산된 위상이 반복됨이 없이 0에서 2πn + Φ까지 연속적으로 진행되도록 변환해주는 단계와, 상기 위상 지도와 미리 저장된 기준 위상 지도를 비교하여 위상차를 계산하는 단계와, 측정좌표 (x, y, z)를 계산하여 3차원 입체영상을 획득하는 단계를 포함한다.Computing the three-dimensional image of the present invention comprises the steps of completing the phase map by calculating the phase of the four pattern images having different phases, and proceeds continuously from 0 to 2πn + Φ without repeating the calculated phase And converting the phase map, comparing the phase map with a pre-stored reference phase map, calculating a phase difference, and calculating a measurement coordinate (x, y, z) to obtain a 3D stereoscopic image.
전술한 내용과 같이 구성된 본 발명에 따른 구강 내 스캐닝 시스템은 레이저다이오드에서 레이저 광을 조사하고, 투광부에서 레이저 광을 구강 내의 피측정물에 투광하고, 카메라 유닛에서 피측정물에서 반사된 광을 촬영하여 치아 및 잇몸 등의 구강 내 피측정물의 3차원 입체 영상을 얻을 수 있다. The intraoral scanning system according to the present invention configured as described above is irradiated with laser light from the laser diode, the laser beam is transmitted to the object to be measured in the oral cavity in the light transmitting portion, and the light reflected from the object to be measured in the camera unit By taking a picture, a three-dimensional stereoscopic image of an object to be measured in the oral cavity such as teeth and gums may be obtained.
또한, 본 발명의 구강 내 스캐닝 시스템은 손잡이부를 잡고 손잡이에 설치된 촬영 스위치를 온시키면 구강 내 스캐닝이 가능하므로 사용이 편리하다.In addition, the intraoral scanning system of the present invention is convenient because the intraoral scanning is possible by holding the handle portion and turning on the photographing switch installed on the handle.
또한, 본 발명의 구강 내 스캐닝 시스템은 스캔 영역에 복수의 격자 패턴들이 평행한 광선으로 투영되도록 하여 3차원 영상의 정밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, the intraoral scanning system of the present invention can improve the accuracy of the three-dimensional image by allowing a plurality of grating patterns to be projected in parallel to the scan area.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 스캐닝 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 4 개의 격자 이미지를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 물체를 스캔하는 과정을 나타내는 도면이다. 1 is a perspective view of a scanning system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a scanning system according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a scanning system according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing the configuration of a scanning system according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a scanning method of a scanning system according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing four grid images according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a process of scanning a hemispherical object according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. Definitions of these terms should be based on the content of this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 블럭도이다. 1 is a perspective view of a scanning system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a scanning system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a scanning system according to an embodiment of the present invention. to be.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템은 케이스(10)와, 케이스(10)의 후방에 설치되어 레이저 광을 조사하는 레이저 다이오드(20)와, 케이스의 전방에 연결되어 레이저 다이오드에서 발생된 레이저 광을 구강 내의 피측정물(치아 및 잇몸)(100)에 투광하는 투광부(30)와, 피측정물(100)에서 반사된 광을 촬영하는 카메라 유닛(40)을 포함한다. 1 and 3, a scanning system according to an embodiment of the present invention includes a
케이스(10)는 내부에 공간을 갖고 외형으로 이루는 외관 케이스이고, 사용자가 충분히 스캐닝 시스템을 들고 구강 내를 측정할 수 있는 작은 사이즈를 갖는다. The
이러한 케이스(10)는 전면에 투광부(30)가 연결되고, 투광부(30)와 일직선 상의 후면에 레이저 다이오드(20)가 설치된다. 그리고, 케이스(10)의 측면에는 카메라 유닛(40)이 설치되고, 케이스(10)의 하면에는 사용자가 손으로 잡기 위한 손잡이부(50)가 설치된다. The
여기에서, 손잡이부(50)에는 촬영 스위치(52)가 설치되어 사용자가 손잡이부(50)를 잡은 상태에서 스캐닝 시스템을 작동시킬 수 있도록 한다. 즉, 촬영 스위치(52)가 손잡이부(50)의 상측 부위에 설치되므로 손잡이부(50)를 잡은 손으로 촬영 스위치(52)를 조작할 수 있어 사용이 편리하다. Here, the
이와 같은 스캐닝 시스템의 외관은 전체 모양이 건(GUN) 타입으로 형성되기 때문에 사용자가 손잡이부(50)를 잡고 투광부(30)를 구강 내부로 투입하여 피측정물(100)을 측정하기 편리하다. Since the overall appearance of the scanning system is formed as a gun type, it is convenient for a user to grab the
투광부(30)는 케이스(10)의 전면에 연결되어 레이저 광이 통과하는 통로 역할을 하는 관부(32)와, 관부(32)의 끝부분에서 하측방향으로 직각으로 절곡되어 피측정물과 마주보게 위치되어 피측정물(100)을 촬영하는 측정노즐(36)과, 측정노즐(36)의 상면에 일정 각도로 배치되어 관부(32)를 따라 진행되는 레이저 광이 측정노즐(36)을 통해 투광되도록 반사시킴과 아울러 피측정물(100)에서 반사되는 광이 카메라 유닛(40)으로 전달하도록 반사시키는 반사경(34)이 설치된다. The
그리고, 투광부(30)에는 피측정물(100)의 3차원 좌표를 얻기 위한 3차원 스캐닝 유닛(38)이 설치된다. The
여기에서, 관부(32)는 레이저 광의 진행을 돕도록 그 단면이 사각형 형태인 사각통 형태로 형성되고 케이스(10)에 연결된 부분에서 측정노즐(36) 방향으로 갈수록 단면이 작아지는 형태로 형성된다. Here, the
그리고, 관부(32)의 외면에는 투광부(30)의 현 위치 및 자세를 감지하는 위치 감지센서(54)가 설치된다. 일 예로, 앞니를 측정할 때와 어금니를 측정할 때 투광부(30)의 위치가 달라지게 되는데, 위치 감지센서(54)에서 투광부(30)의 현재 측정하는 위치를 감지하여 그 신호를 제어유닛(60)으로 인가하면, 제어유닛(60)은 위치 감지센서(54)에서 인가되는 신호에 따라 투광부(30)의 위치 및 자세를 판단한다. And, the outer surface of the
레이저 다이오드(20)는 레이저 제어부(62)로부터 인가되는 신호에 따라 작동되고, 케이스(10)의 후방에 수평하게 연결되는 원통 형태의 경통(22)의 끝부분에 장착된다. 그리고, 경통(22) 내부에는 레이저 다이오드(20)에서 조사되는 레이저 광을 스캔 영역에 맞게 확대시키는 복수의 렌즈를 갖는 제1렌즈 어셈블리(24,26)가 구비된다. The
제2렌즈 어셈불리는 일 예로, 비구면렌즈(Aspheric Lens)(24)와 대물렌즈(Objectives Lens)(26)가 적용될 수 있다. As an example of assembling the second lens, an
케이스(10) 내부에는 레이저 다이오드(20)에서 조사되는 레이저 광을 격자 패턴 형태로 만드는 격자 마스크(70)와, 격자 마스크(70)를 미세 이동시켜서 위상이 서로 다른 4개의 이미지를 만드는 격자 피에조 액추에이터(Pizeo actuator)(72)를 포함한다.Inside the
격자 마스크(70)는 세로방향 즉, 수직방향으로 일정 간격을 두고 줄무늬가 형성되어 레이저 광이 통과하면 광을 격자 패턴 형태로 만들어 준다. 그리고, 격자 마스크(70)는 스캔 영역에 투영된 격자 패턴이 균일한 밝기를 가질 수 있도록 한다. The
피에조 액추에이터(72)는 피에조 액추에이터 제어부(64)에서 인가되는 신호에 따라 격자 마스크(70)를 구동시킨다. 피에조 액추에이터(72)는 압전소자(piezoelectric element)를 구비하여 압전소자에 인가되는 전압의 방향에 따라 격자 마스크를 구동시킨다. The
이와 같이, 피에조 액추에이터(72)를 구동시켜 격자 마스크(70)를 4번 이동시켜 4개의 이미지를 얻고, 4 개의 이미지를 이용하여 위상을 계산하고, 이를 이용하여 피측정물(100)의 형상을 계산한다. As such, the
그리고, 격자 마스크(70)의 후방에는 격자 마스크(70)를 통과하면서 레이저 광을 격자 패턴을 갖는 평행광으로 만드는 복수의 렌즈를 갖는 제2렌즈 어셈블리(74)가 구비된다. 일 예로, 제2렌즈 어셈블리는 색수차를 보정해주는 색수차 보정렌즈(Achromatic Doublets Lens)가 적용될 수 있다. A
케이스(10)의 내부에는 프리즘(76)이 설치되고, 프리즘(76)은 투광부(30)로부터 피측정물(100)에 조사되어 피측정물(100)에 의해 반사된 광을 카메라 렌즈(42)를 향해서 굴절시킨다. The prism 76 is installed inside the
카메라 렌즈(42)는 프리즘(15)에 의해 굴절된 광을 카메라 유닛(40)이 촬영할 수 있도록 초점을 맞춰 결상시킨다. The
카메라 유닛(40)는 CCD 카메라 사용되고, 카메라 제어부(66)의 신호에 따라 작동되며, 프리즘(76)을 통과하여 반사된 광을 촬영하여 영상을 획득하고, 획득된 영상은 제어유닛(60)에서 삼차원 형상으로 계산되고 최종 3차원 영상은 디스플레이부(68)에 표시된다. The
상기와 같이 구성된 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 스캐닝 방법을 다음에서 설명한다. A scanning method of a scanning system according to an embodiment configured as described above will be described below.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 스캐닝 방법을 나타낸 순서도이다. 4 is a block diagram showing a configuration of a scanning system according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a flow chart showing a scanning method of the scanning system according to an embodiment of the present invention.
먼저, 사용자가 손잡이부(50)를 잡고 투광부(30)를 구강 내부로 투입한 후 측정하고자 하는 치아 위치에 측정노즐(36)을 일치시킨다. First, the user grasps the
그런 후, 손잡이부(50)에 설치된 촬영 스위치(52)를 작동시키면 스캐닝 시스템이 구동되어 구광 내 피측정물(100)을 스캐닝하여 디스플레이부(68)에 피측정물(100)의 3차원 영상을 디스플레이한다.Thereafter, when the photographing
구체적으로 살펴보면, 레이저 제어부(62)에서 인가되는 신호에 따라 레이저 다이오드(20)가 작동되어 레이저 다이오드(20)에서 레이저 광이 조사된다.(S10) Specifically, the
그리고, 레이저 다이오드(20)에서 조사된 레이저 광은 제1렌즈 어셈블리(24,26)를 통과하면서 확장되고 격자 마스크(70)를 통과하면서 격자 패턴 형태로 광으로 만들지고, 제2렌즈 어셈블리(74)에 의해 평행광으로 만들어진다.(S20) Then, the laser light irradiated from the
그리고, 반사경(34)에 의해 반사되어 측정노즐(36)을 통해 피측정물(100)에 투광된다.(S30) 그리고, 피측정물(100)의 표면에서 반사된 광은 반사경(34)에 재반사된 후 프리즘(76)에 의해 카메라 유닛(40)으로 전달되고, 카메라 유닛(40)은 프리즘(76)에 의해 반사된 광을 촬영하여 격자 패턴 이미지를 획득하다.(S40)Then, the light is reflected by the
그러면, 제어유닛(60)은 카메라 유닛(40)에서 촬영된 이미지와 미리 저장된 변화가 없는 격자 패턴 이미지를 서로 합성한다. 동일한 파장을 갖는 두 패턴 이미지를 결합하면 패턴 간 간섭현상이 일어나게 되어 원래 패턴보다 더 빛의 밝기 차가 심해지고 일정한 간격의 다른 무늬가 생성되는데, 이 무늬를 모아레 무늬라 한다.Then, the
이 모아레 무늬에 의해 피측정물의 높이 정보를 구해내 삼차원 데이터를 구할 수 있게 된다.The moiré pattern enables the height information of the object to be measured to obtain three-dimensional data.
하지만, 하나의 패턴만으로는 완벽한 물체의 높이를 구할 수 없기 때문에 정확도를 높이기 위해서 격자 패턴을 3번 정도 이동시켜 4개의 서로 다른 이미지를 얻어 높이 값을 계산한다. However, since the height of a perfect object cannot be obtained with only one pattern, the height is calculated by moving the grid pattern three times to obtain four different images to increase accuracy.
즉, 최초에 격자 마스크(70)가 제1위치에 배치되면 도 6에 도시된 바와 같은 제1패턴 이미지(80)를 획득하고, 피에조 액추에이터(72)가 구동되어 격자 마스크(70)가 제2위치로 이동되면 π/2 만큼 이동된 제2패턴 이미지(82)를 획득하고, 피에조 액추에이터(72)가 구동되어 격자 마스크(70)가 제3위치로 이동되면, π 만큼 이동된 제3패턴 이미지(84)를 획득하고, 피에조 액추에이터(72)가 구동되어 격자 마스크(70)가 제4위치로 이동되면 3π/2만큼 이동된 제4패턴 이미지(86)를 획득한다. That is, when the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 내 스캐닝 시스템에 의해 3차원 영상을 얻는 과정을 나타낸 도면이다. 7 is a view showing a process of obtaining a 3D image by the intraoral scanning system according to an embodiment of the present invention.
이와 같이 획득된 4개의 이미지를 이용하여 3차원 형상의 계산은 1)패턴 투명, 2)위상 감싸기(Phase wraping), 3)위상 풀기(Unwraped Phase), 4)위상-높이 변환(phase-to-height conversion)으로 구성된다. The three-dimensional shape is calculated using the four images thus obtained: 1) pattern transparency, 2) phase wrap, 3) unwraped phase, and 4) phase-to-height. height conversion).
1) 패턴 투영 1) pattern projection
아래 식 (1)은 제1패턴 이미지(80), 제2패턴 이미지(82), 제3패턴 이미지(84) 및 제4패턴 이미지(86)에서 빛의 강도를 나타내는 식이다.Equation 1 below represents an intensity of light in the
Ⅰ1 = a(x,y) + b(x,y)cos[Φ(x,y)] Ⅰ 1 = a (x, y) + b (x, y) cos [Φ (x, y)]
Ⅰ2 = a(x,y) + b(x,y)cos[Φ(x,y)+Π/2] Ⅰ 2 = a (x, y) + b (x, y) cos [Φ (x, y) + Π / 2]
Ⅰ3 = a(x,y) + b(x,y)cos[Φ(x,y)+Π]Ⅰ 3 = a (x, y) + b (x, y) cos [Φ (x, y) + Π]
Ⅰ4 = a(x,y) + b(x,y)cos[Φ(x,y)+3Π/2] ..........식(1)I 4 = a (x, y) + b (x, y) cos [Φ (x, y) + 3Π / 2] .......... Equation (1)
여기에서, Ⅰn = n번째 패턴 이미지의 빛의 강도 함수, a = 빛의 평균 강도, b = 빛의 강도의 변화폭Where I n = light intensity function of the nth pattern image, a = average intensity of light, b = change in light intensity
위의 식(1)에 의해 4 개의 패턴 이미지를 통해 얻어낸 빛의 강도를 아래의 식(2)에 넣으면 위상각 Φ(x,y)을 얻을 수 있고 피측정물의 높이를 계산할 수 있다.If the intensity of the light obtained through the four pattern images by the above equation (1) is put into the equation (2) below, the phase angle Φ (x, y) can be obtained and the height of the measured object can be calculated.
Φ(x,y) = tan-1 [Ⅰ4(x,y)-Ⅰ2(x,y)/Ⅰ1(x,y)-Ⅰ3(x,y)]........식(2)Φ (x, y) = tan -1 [I 4 (x, y) -I 2 (x, y) / I 1 (x, y) -I 3 (x, y)] ....... . (2)
2) 위상 감싸기(Phase wraping) 2) Phase wraping
식(2)에 의해 구해진 위상각은 크기가 0 ~ 2π에서 주기적으로 반복된다.The phase angle obtained by Equation (2) is periodically repeated at a magnitude of 0 to 2π.
도 7에 도시된 위상 감싸기 도면은 평면에 프린지 패턴을 투영하여 계산된 위상을 패턴 이미지로 나타낸 것이다. The phase wrapping diagram shown in FIG. 7 shows a phase image calculated by projecting a fringe pattern onto a plane as a pattern image.
3) 위상 풀기(Phase unwraping)3) Phase unwraping
앞에서 계산된 감싸진 위상 정보(wrapped phase)는 0 ~ 2π의 값은 주기적으로 반복하기 때문에 위상 풀기(phase unwraping)을 실시한다. 즉, 위상 풀기는 연속된 감싸진 위상이 반복적으로 주어졌을 때, 이전 위상의 값이 2π를 넘어서 다음 위상 Φ 으로 넘어갈 때 2π + Φ 로 변환해주는 역할을 한다. 위상 풀기 이후는 위상이 반복됨이 없이 0에서 2πn + Φ 까지 연속적으로 표현된다. 이 때 풀어진 위상값은 물체의 높이와 비례하게 된다.The wrapped phase information calculated previously performs phase unwraping because the value of 0 to 2π is repeated periodically. That is, the phase unwinding function converts 2π + Φ when a continuous wrapped phase is repeatedly given and when the value of the previous phase exceeds 2π and goes to the next phase Φ. After phase solving, the phase is continuously expressed from 0 to 2πn + Φ without repeating the phase. The released phase is then proportional to the height of the object.
4) 위상-높이 변환(Phase-to-height conversion)4) Phase-to-height conversion
각 픽셀마다 계산된 피측정물의 위상지도와 미리 저장된 기준평면 위상지도 차를 계산하여 위상차를 획득하고, 위상차는 피측정물의 Z방향 높이 값과 비례하므로 Z 좌표가 계산되고, 거기에 해당하는 x, y 값도 계산된다. The phase difference is obtained by calculating the difference between the phase map and the pre-stored reference plane phase map calculated for each pixel, and the Z coordinate is calculated because the phase difference is proportional to the height value in the Z direction of the measurement object. The y value is also calculated.
이와 같은 과정을 통해 3차원 영상이 얻어지고, 이 3차원 영상은 디스플레이부(68)에 디스플레이된다. Through this process, a 3D image is obtained, and the 3D image is displayed on the
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.In the foregoing, the present invention has been described in detail based on the embodiments and the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited by the above embodiments and drawings, and the scope of the present invention will be limited only by the contents described in the claims below.
10: 케이스 20: 레이저 다이오드
22: 경통 24,26: 제1렌즈 어셈블리
30: 투광부 32: 관부
34: 반사경 36: 측정노즐
40: 카메라 유닛 42: 카메라 렌즈
50: 손잡이부 52: 촬영 스위치
60: 제어유닛 62: 레이저 제어부
64: 피에조 액추에이터 제어부 66: 카메라 제어부
68: 디스플레이부 70: 격자 마스크
72: 피에조 액추에이터 100: 피측정물 10: case 20: laser diode
22:
30: floodlight 32: tube
34: reflector 36: measuring nozzle
40: camera unit 42: camera lens
50: handle 52: shooting switch
60: control unit 62: laser control unit
64: piezo actuator control unit 66: camera control unit
68: display unit 70: grid mask
72: piezo actuator 100: measured object
Claims (12)
상기 케이스의 후방에 설치되어 레이저 광을 조사하는 레이저 다이오드;
상기 케이스의 전방에 연결되어 상기 레이저 다이오드에서 발생된 레이저 광을 구강 내의 피측정물에 투광하는 투광부;
상기 피측정물에서 반사된 광을 촬영하는 카메라 유닛;
상기 레이저 다이오드에서 조사되는 광을 격자 패턴 형태로 만드는 격자 마스크; 및
상기 격자 마스크를 이동시키는 피에조 액추에이터를 포함하는 구강 내 스캐닝 시스템. case;
A laser diode installed at the rear of the case to irradiate laser light;
A light transmitting part connected to the front of the case and configured to transmit the laser light generated by the laser diode to a measurement target in the oral cavity;
A camera unit for photographing light reflected from the object to be measured;
A grating mask for making light irradiated from the laser diode into a grating pattern form; And
And an piezo actuator for moving the grating mask.
상기 레이저 다이오드의 후방에는 레이저 광을 확산시키는 제1렌즈 어셈블리가 배치되는 것을 특징으로 하는 구강 내 스캐닝 시스템.The method of claim 1,
And a first lens assembly configured to diffuse laser light behind the laser diode.
상기 격자 마스크의 후방에는 레이저 광을 평행광으로 만드는 제2렌즈 어셈블리가 배치되는 것을 특징으로 하는 구강 내 스캐닝 시스템.The method of claim 1,
And a second lens assembly arranged behind the grating mask to produce laser light into parallel light.
상기 케이스는 하면에 손잡이부가 연결되고, 상기 손잡이부에는 스캐닝 시스템을 동작시키는 촬영 스위치가 설치되는 것을 특징으로 하는 구강 내 스캐닝 시스템.The method of claim 1,
The case is connected to the handle portion on the lower surface, the intraoral scanning system, characterized in that the shooting switch for operating the scanning system is installed.
상기 투광부는 상기 케이스의 전면에 연결되어 레이저 광이 통과하는 통로 역할을 하는 관부와, 상기 관부의 끝부분에서 하측방향으로 직각으로 절곡되어 피측정물을 스캐닝하는 측정노즐과, 상기 측정노즐의 상면에 배치되어 레이저 광을 반사시키는 반사경을 포함하는 구강 내 스캐닝 시스템. The method of claim 1,
The light transmitting portion is connected to the front surface of the case and the tube portion that serves as a passage through the laser light, the measuring nozzle bent at a right angle in the downward direction at the end of the tube portion to scan the object to be measured, the upper surface of the measurement nozzle An intraoral scanning system comprising a reflector disposed at and reflecting laser light.
상기 관부의 외측면에는 상기 투광부의 자세 및 위치를 감지는 위치 감지센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 구강 내 스캐닝 시스템.The method of claim 5,
Intraoral scanning system, characterized in that the position sensor is installed on the outer surface of the tube to detect the position and position of the light transmitting portion.
상기 투광부의 일측에 설치되어 피측정물의 3차원 좌표를 얻기 위한 3차원 스캐닝 유닛을 더 포함하는 구강 내 스캐닝 시스템. The method of claim 5,
And a three-dimensional scanning unit installed on one side of the light transmitting part to obtain three-dimensional coordinates of the object to be measured.
상기 격자 마스크는 세로방향으로 일정 간격으로 줄무늬가 형성되고, 스캔 영역에 투영된 격자 패턴이 균일한 밝기를 가질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 구강 내 스캐닝 시스템.The method of claim 1,
The grating mask is striped in the vertical direction at regular intervals, the intraoral scanning system, characterized in that the grid pattern projected on the scan area to have a uniform brightness.
상기 피에조 액추에이터는 상기 격자 마스크를 단계적으로 이동시켜 0, π/2, π, 3π/2만큼 이동된 4 개의 패턴 이미지를 만드는 것을 특징으로 하는 구강 내 스캐닝 방법. The method of claim 1,
And the piezo actuator gradually moves the grating mask to produce four pattern images shifted by 0, π / 2, π, and 3π / 2.
상기 레이저 광을 구강 내 피측정물에 조사하는 단계;
상기 피측정물에서 반사된 레이저 광을 촬영하는 단계;
격자 마스크를 이동시켜 위상이 서로 다른 4 개의 패턴 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 4 개의 패턴 이미지로부터 3차원 영상을 계산하여 디스플레이부에 디스플레이하는 단계를 포함하는 구강 내 스캐닝 방법. Making the laser light into a grid patterned light;
Irradiating the laser light to an object to be measured in the oral cavity;
Photographing the laser light reflected from the object to be measured;
Moving the grating mask to obtain four pattern images of different phases; And
Intraoral scanning method comprising the step of calculating a three-dimensional image from the four pattern image and display on the display.
상기 4 개의 패턴 이미지를 획득하는 단계는 격자 마스크를 제1위치에 배치하여 제1패턴 이미지를 획득하고, 상기 격자 마스크를 제2위치로 이동하여 π/2 만큼 이동된 제2패턴 이미지를 획득하고, 상기 격자 마스크를 제3위치로 이동하여 π 만큼 이동된 제3패턴 이미지를 획득하고, 격자 마스크를 제4위치로 이동하여 3π/2만큼 이동된 제4패턴 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 구강 내 스캐닝 방법.The method of claim 10,
The obtaining of the four pattern images may include obtaining a first pattern image by arranging a lattice mask at a first position, obtaining a second pattern image moved by π / 2 by moving the lattice mask to a second position. And moving the grating mask to a third position to obtain a third pattern image shifted by π, and moving the grating mask to a fourth position to obtain a fourth pattern image shifted by 3π / 2. My scanning method.
상기 3차원 영상을 계산하는 단계는 서로 다른 위상을 갖는 4 개의 패턴 이미지의 위상을 계산하여 위상 지도를 완성하는 단계;
상기 계산된 위상이 반복됨이 없이 0에서 2πn + Φ까지 연속적으로 진행되도록 변환해주는 단계;
상기 위상 지도와 미리 저장된 기준 위상 지도를 비교하여 위상차를 계산하는 단계; 및
측정좌표 (x, y, z)를 계산하여 3차원 입체영상을 획득하는 단계를 포함하는 구강 내 스캐닝 방법. The method of claim 10,
The calculating of the 3D image may include: calculating a phase of four pattern images having different phases to complete a phase map;
Converting the calculated phase to proceed continuously from 0 to 2πn + Φ without repeating;
Calculating a phase difference by comparing the phase map with a previously stored reference phase map; And
Intraoral scanning method comprising the step of obtaining a three-dimensional stereoscopic image by calculating the measurement coordinates (x, y, z).
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Legal Events
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160802 Year of fee payment: 4 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |